Номер 169, страница 28 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Взаимодействие тел. Масса - номер 169, страница 28.

Условие.

169. Металлический шар подвешен на нити (рис. 28). Снизу к шару привязана такая же нить. Если за неё медленно тянуть вниз, то отрывается верхняя нить. При резком рывке отрывается нижняя нить. Почему?

Рис. 28

Решение.

Это явление объясняется фундаментальным свойством тел — инерцией, а также тем, как распределяются силы в зависимости от скорости их приложения.

Рассмотрим оба случая по отдельности.

Если за неё медленно тянуть вниз, то отрывается верхняя нить.

Когда мы тянем за нижнюю нить медленно, система (шар и нити) находится в состоянии, близком к механическому равновесию. Это означает, что ускорение шара пренебрежимо мало. В этом случае сила натяжения верхней нити, обозначим ее $T_{верх}$, должна уравновешивать как силу тяжести шара $F_{тяж} = mg$, так и силу, с которой мы тянем нижнюю нить, равную натяжению нижней нити $T_{ниж}$.

Согласно второму закону Ньютона, приложенному к шару, получаем:

$T_{верх} = F_{тяж} + T_{ниж}$

Из этого уравнения видно, что натяжение верхней нити всегда больше натяжения нижней нити на величину силы тяжести шара. Так как обе нити одинаковые (имеют одинаковый предел прочности), при постепенном увеличении силы $T_{ниж}$ первой своего предела прочности достигнет верхняя нить, и она порвется.

Ответ: При медленном натяжении верхняя нить испытывает нагрузку, равную сумме веса шара и силы, приложенной к нижней нити. Эта суммарная нагрузка всегда больше, чем нагрузка на нижнюю нить, поэтому верхняя нить рвется первой.

При резком рывке отрывается нижняя нить.

Когда мы резко дергаем за нижнюю нить, решающую роль играет инерция шара. Инерция — это свойство тела сопротивляться изменению своей скорости. Металлический шар имеет значительную массу и, следовательно, большую инерцию. За очень короткое время рывка шар не успевает прийти в движение и сместиться вниз. Усилие от рывка не успевает передаться через шар к верхней нити. Таким образом, почти вся сила рывка концентрируется на нижней нити, вызывая в ней резкое и значительное увеличение натяжения, которое превышает её предел прочности. В то же время натяжение верхней нити практически не меняется и остается равным силе тяжести шара. В результате нижняя нить рвется.

Ответ: При резком рывке шар, в силу своей инертности, не успевает сдвинуться с места и передать усилие на верхнюю нить. Почти вся сила рывка приходится на нижнюю нить, которая из-за этого и обрывается.