Номер 36.10, страница 134 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 36. Волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 36.10, страница 134.

36.10* [д. 110*] Лыжник, скользящий по склону горы под некоторым углом к горизонтали, окажется внизу. Почему удерживается на определённом уровне от скатывания вниз человек, скользящий на доске вдоль переднего склона океанской волны (рис. V-8)?

Рис. V-8

Решение

Разница в поведении лыжника и сёрфера объясняется фундаментальным различием между поверхностями, по которым они движутся.

Лыжник скользит по склону горы, который является твёрдой и неподвижной опорой. На лыжника действует сила тяжести $m\vec{g}$. Её составляющая, параллельная склону, $F_{\parallel} = mg\sin\alpha$, тянет лыжника вниз. Поскольку гора неподвижна, эта сила (преодолевающая силу трения) заставляет лыжника ускоряться и скатываться к подножию. Не существует силы, которая могла бы противодействовать этому скатыванию и удерживать лыжника на одной высоте.

Сёрфер же скользит по переднему склону океанской волны. Волна — это не статичный холм, а форма колебания, распространяющаяся по воде. Частицы воды на переднем склоне волны совершают движение не только вперёд, но и вверх. Таким образом, сёрфер находится на склоне, который сам постоянно поднимается. Сила тяжести так же тянет сёрфера вниз по склону, но это движение вниз компенсируется движением «опоры» (воды) вверх. Сёрфер как бы непрерывно скатывается с постоянно возобновляющегося и поднимающегося холма. В результате устанавливается динамическое равновесие, при котором скорость соскальзывания сёрфера по воде уравновешивается скоростью подъёма самой воды. Это позволяет ему оставаться на определённом уровне относительно среднего уровня моря и двигаться вместе с волной, не скатываясь к её подошве.

Ответ: Сёрфер удерживается на определённом уровне, в отличие от лыжника, потому что он скользит по движущейся поверхности. Вода на переднем склоне волны постоянно поднимается, и этот подъём компенсирует скатывание сёрфера вниз под действием силы тяжести, создавая динамическое равновесие.