Номер 171, страница 28 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Взаимодействие тел. Масса - номер 171, страница 28.

Условие.

171. а) Для чего сапожник, прибивая подмётку, надевает ботинок на железную «лапу»?

б) Почему наковальня должна быть значительно массивнее молота?

в) Почему трудно вбить гвоздь в шаткий забор?

Решение.

а) Сапожник надевает ботинок на железную «лапу», чтобы создать твёрдую и массивную опору. Железная «лапа» обладает большой массой и, следовательно, большой инерцией. Инерция – это свойство тела сопротивляться изменению его состояния движения. Когда сапожник ударяет молотком по гвоздю, чтобы прибить подмётку, массивная «лапа» благодаря своей инерции практически не сдвигается с места. Она оказывает гвоздю и ботинку противодействие, равное по величине и противоположное по направлению силе удара молотка (согласно третьему закону Ньютона). В результате этого противодействия вся энергия удара расходуется на то, чтобы гвоздь вошел в подмётку, а не на то, чтобы сообщить ботинку скорость. Если бы ботинок не был надет на «лапу», то при ударе он бы просто отлетал в сторону, и гвоздь бы не забился.

Ответ: Железная «лапа» имеет большую массу и инерцию, поэтому она обеспечивает неподвижную опору, позволяя эффективно забивать гвозди в подмётку.

б) Наковальня должна быть значительно массивнее молота по той же причине – из-за инерции. Когда кузнец ударяет молотом по заготовке, лежащей на наковальне, его цель – деформировать металл. Для этого энергия удара молота должна быть поглощена заготовкой. Наковальня, обладая очень большой массой ($m_{наковальни} \gg m_{молота}$), имеет огромную инерцию. При ударе молота она практически не приходит в движение и служит массивной, почти неподвижной опорой. Таким образом, вся кинетическая энергия молота преобразуется в работу по деформации заготовки и в тепло. Если бы наковальня была лёгкой, она бы отскакивала вместе с заготовкой при каждом ударе. В этом случае значительная часть энергии молота тратилась бы на придание кинетической энергии наковальне и заготовке, а не на их обработку, что сделало бы работу кузнеца неэффективной.

Ответ: Большая масса наковальни обеспечивает ей большую инерцию, благодаря чему она остается практически неподвижной при ударе молота, и вся энергия удара расходуется на деформацию обрабатываемого изделия.

в) Вбить гвоздь в шаткий забор трудно, потому что доска забора не имеет достаточной опоры и обладает недостаточной массой (инерцией), чтобы оказать необходимое сопротивление удару. Когда молоток ударяет по гвоздю, он передаёт ему импульс. Гвоздь, в свою очередь, действует на доску забора. Поскольку забор шаткий, доска может легко сдвинуться. Вместо того чтобы оказывать сопротивление, необходимое для проникновения гвоздя, доска начинает двигаться (колебаться) вместе с ним. В результате энергия удара молотка тратится в основном на то, чтобы сообщить доске кинетическую энергию, а не на преодоление сил сопротивления древесины. Для того чтобы гвоздь вошёл в материал, этот материал должен оказать гвоздю ответное противодействие (согласно третьему закону Ньютона). Шаткая доска такого противодействия оказать не может, она «уходит» от удара.

Ответ: Шаткий забор не может обеспечить необходимое противодействие удару молотка из-за своей подвижности. Вместо того чтобы гвоздь входил в древесину, вся система «гвоздь-доска» приходит в движение, и энергия удара расходуется неэффективно.