Вариант 7, страница 75 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-3. Инерция. Взаимодействие тел. Масса тела - страница 75.

Условие.

Вариант 7

1. Поезд, подходя к станции, замедляет движение. В каком направлении в это время легче тащить по полу тяжёлый ящик — по ходу поезда или в обратном направлении? Почему?

2. Держа на руке кирпич, ударяют по нему молотком. Почему рука, на которой лежит кирпич, не ощущает боли от удара молотка?

3. Из винтовки массой 5 кг вылетает пуля массой 4 г со скоростью $500 \frac{\text{м}}{\text{с}}$. Чему равна скорость отдачи винтовки?

Решение.

1. Поезд, подходя к станции, движется с замедлением, то есть является неинерциальной системой отсчета. Ускорение поезда $ \vec{a} $ направлено против его движения. В такой системе отсчета на все тела действует сила инерции $ \vec{F}_{ин} $, которая равна произведению массы тела $\text{m}$ на ускорение системы отсчета $ \vec{a} $ и направлена в противоположную сторону: $ \vec{F}_{ин} = -m \vec{a} $.

Поскольку ускорение поезда направлено против хода движения, сила инерции, действующая на ящик, будет направлена по ходу движения поезда. Эта сила будет помогать перемещать ящик в направлении движения поезда и мешать, если тащить ящик в обратном направлении. Следовательно, для перемещения ящика по ходу поезда потребуется приложить меньшую силу, чем для перемещения против хода.

Ответ: Тяжелый ящик легче тащить по ходу поезда, так как на него действует сила инерции, направленная в ту же сторону.

2. Это явление объясняется инертностью кирпича. Инертность — это свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел. Кирпич обладает значительной массой и, соответственно, большой инертностью. Удар молотка — это очень кратковременное взаимодействие. За это короткое время из-за своей инертности кирпич не успевает прийти в движение и передать импульс руке. Большая часть энергии удара расходуется на сообщение ускорения самому кирпичу и его деформацию, а до руки доходит лишь незначительная ее часть. В результате рука не ощущает боли.

Ответ: Рука не ощущает боли из-за большой инертности кирпича. За короткое время удара он не успевает сместиться и передать значительный импульс руке.

3. Дано:

$m_в = 5$ кг

$m_п = 4$ г = $0.004$ кг

$v_п = 500$ м/с

Найти:

$v_в$ - ?

Решение:

Для решения задачи используем закон сохранения импульса. Система "винтовка-пуля" является замкнутой, так как внешними силами (сила тяжести, сила реакции опоры) можно пренебречь по сравнению с внутренними силами, возникающими при выстреле. Суммарный импульс системы до выстрела равен нулю, так как и винтовка, и пуля находились в состоянии покоя.

$p_{до} = 0$

После выстрела пуля приобретает импульс $p_п = m_п \vec{v_п}$, а винтовка — импульс отдачи $p_в = m_в \vec{v_в}$. Суммарный импульс системы после выстрела равен векторной сумме этих импульсов.

$p_{после} = m_п \vec{v_п} + m_в \vec{v_в}$

Согласно закону сохранения импульса, $p_{до} = p_{после}$, следовательно:

$0 = m_п \vec{v_п} + m_в \vec{v_в}$

Спроецируем это векторное уравнение на ось, направленную вдоль движения пули. Скорость винтовки $v_в$ будет иметь противоположное направление, поэтому ее проекция будет отрицательной.

$0 = m_п v_п + m_в v_в$

Выразим скорость отдачи винтовки:

$m_в v_в = - m_п v_п$

$v_в = - \frac{m_п v_п}{m_в}$

Подставим числовые значения:

$v_в = - \frac{0.004 \text{ кг} \cdot 500 \text{ м/с}}{5 \text{ кг}} = - \frac{2}{5} \text{ м/с} = -0.4 \text{ м/с}$

Знак "минус" указывает на то, что скорость винтовки направлена в сторону, противоположную направлению скорости пули. Величина скорости отдачи равна 0.4 м/с.

Ответ: Скорость отдачи винтовки равна 0.4 м/с.