Номер 16.6, страница 53 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 16. Графическое изображение сил. Третий закон Ньютона. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 16.6, страница 53.

16.6 [н] Изобразите книгу, лежащую на столе, силу реакции опоры и силу, соответствующую проявлению третьего закона Ньютона. Какая пара сил свидетельствует о справедливости первого закона Ньютона?

Решение

Изобразите книгу, лежащую на столе, силу реакции опоры и силу, соответствующую проявлению третьего закона Ньютона

Рассмотрим книгу, которая неподвижно лежит на горизонтальной поверхности стола. В этой системе необходимо различать силы, приложенные к разным телам.

Силы, действующие на книгу:

• Сила тяжести ($m\vec{g}$): это сила гравитационного притяжения книги к Земле. Она приложена к центру масс книги и направлена вертикально вниз.
• Сила реакции опоры ($\vec{N}$): это упругая сила, с которой стол действует на книгу, перпендикулярно поверхности соприкосновения. Она приложена к нижней поверхности книги и направлена вертикально вверх.

Согласно третьему закону Ньютона, на каждое действие есть равное по модулю и противоположное по направлению противодействие, причём эти силы действуют на разные тела и имеют одинаковую природу.

• Силой, соответствующей проявлению третьего закона Ньютона для силы реакции опоры ($\vec{N}$), является вес книги ($\vec{P}$). Вес — это сила, с которой книга (вследствие притяжения к Земле) действует на опору, то есть на стол. Эта сила приложена к столу, направлена вертикально вниз и по модулю равна силе реакции опоры: $P = N$. Векторно: $\vec{P} = -\vec{N}$.

Таким образом, при графическом изображении сил необходимо нарисовать:

1. Вектор силы тяжести $m\vec{g}$, приложенный к центру масс книги и направленный вниз.
2. Вектор силы реакции опоры $\vec{N}$, приложенный к книге со стороны стола и направленный вверх.
3. Вектор веса $\vec{P}$, приложенный к столу и направленный вниз. Эта сила является парой для силы $\vec{N}$ по третьему закону Ньютона.

Какая пара сил свидетельствует о справедливости первого закона Ньютона?

Первый закон Ньютона (закон инерции) утверждает, что тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если равнодействующая всех приложенных к этому телу сил равна нулю.

Книга на столе находится в состоянии покоя, следовательно, ее ускорение равно нулю ($a=0$). Это означает, что векторная сумма всех сил, приложенных именно к книге, равна нулю. Такими силами являются сила тяжести $m\vec{g}$ и сила реакции опоры $\vec{N}$.

Условие равновесия книги записывается так:

$$ m\vec{g} + \vec{N} = 0 $$

Из этого следует, что силы $m\vec{g}$ и $\vec{N}$ равны по модулю ($mg = N$) и противоположны по направлению. Именно тот факт, что эти две силы, приложенные к одному и тому же телу (книге), компенсируют (уравновешивают) друг друга, и является демонстрацией первого закона Ньютона в данном случае.

Ответ: Парой сил, которая свидетельствует о справедливости первого закона Ньютона, является сила тяжести ($m\vec{g}$) и сила реакции опоры ($\vec{N}$). Они обе приложены к книге, их векторная сумма равна нулю, что и обеспечивает состояние покоя тела.