Номер 32.16, страница 121 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 32. Равновесие тел. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 32.16, страница 121.

32.16 [н] Почему лыжник, спускаясь с горы, приседает и максимально наклоняет туловище вперёд?

Решение

Лыжник, спускаясь с горы, принимает определённую позу — приседает и максимально наклоняет туловище вперёд — для достижения двух главных целей: развить максимально возможную скорость и сохранить устойчивость на этой скорости. Эти цели достигаются за счёт следующих физических принципов.

Во-первых, для увеличения скорости необходимо уменьшить силы, тормозящие движение. На высоких скоростях главной такой силой является сопротивление воздуха. Сила аэродинамического сопротивления описывается формулой $F_{сопр} = \frac{1}{2} C \rho S v^2$, где $S$ — это площадь поперечного сечения тела, а $C$ — коэффициент, зависящий от его формы. Приседая и группируясь, лыжник значительно уменьшает свою площадь поперечного сечения $S$, подставляемую под набегающий поток воздуха. Кроме того, такая сгруппированная, обтекаемая поза снижает и коэффициент сопротивления $C$. Уменьшение силы сопротивления позволяет силе тяжести, тянущей лыжника вниз по склону, сообщать ему большее ускорение и, как следствие, развивать более высокую скорость.

Во-вторых, движение на большой скорости по зачастую неидеально ровному склону требует исключительной устойчивости. Приседая, лыжник понижает свой центр тяжести. Чем ниже расположен центр тяжести тела, тем оно устойчивее. Это связано с тем, что для вывода тела из положения равновесия (опрокидывания) необходимо поднять его центр тяжести, на что требуется совершить большую работу. Низкая стойка делает лыжника гораздо более стабильным. Наклон туловища вперёд также важен для поддержания равновесия, так как он позволяет удерживать проекцию центра тяжести внутри площади опоры, ограниченной лыжами, и обеспечивает необходимую загрузку передней части лыж для лучшего управления.

Ответ:

Лыжник приседает и наклоняется вперёд, во-первых, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Такая поза сокращает площадь поперечного сечения и придаёт телу более обтекаемую форму, что позволяет развить максимальную скорость спуска.

Во-вторых, такая стойка повышает устойчивость. Низкое положение центра тяжести делает лыжника более стабильным и помогает сохранять равновесие на высокой скорости и неровной поверхности склона.