Номер 173, страница 28 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Взаимодействие тел. Масса - номер 173, страница 28.

Условие.

173. В книге А. С. Некрасова «Приключения капитана Врунгеля» описан следующий способ передвижения лодки: колесо приводят во вращение белки, несущиеся «как бешеные одна за другой по ступенькам внутри колеса». Будет ли двигаться лодка с подобным двигателем?

Решение.

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть систему «лодка — белки — колесо» с точки зрения законов механики. Движение лодки возможно только в том случае, если на эту систему действует внешняя сила, направленная горизонтально.

Рассмотрим два возможных случая:

1. Колесо находится полностью внутри лодки и не взаимодействует с водой.
В этом случае все силы, возникающие при беге белок и вращении колеса, являются внутренними для системы. Белки отталкиваются от ступенек колеса, заставляя его вращаться. По третьему закону Ньютона, сила действия белок на колесо равна по модулю и противоположна по направлению силе реакции колеса, действующей на белок. Все эти силы замыкаются внутри системы «лодка — белки — колесо». Согласно закону сохранения импульса, внутренние силы не могут изменить суммарный импульс системы и, следовательно, не могут сдвинуть с места ее центр масс. Лодка может совершать лишь незначительные колебания, но поступательного движения (перемещения из точки А в точку Б) не возникнет. Это аналогично попытке сдвинуть автомобиль, толкая его изнутри.

2. Колесо является гребным, и его лопасти взаимодействуют с водой.
В этом случае белки, вращая колесо, служат источником энергии, а само колесо выполняет роль движителя. Лопасти колеса отбрасывают воду назад. Согласно третьему закону Ньютона ($ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $), вода с такой же по модулю, но противоположной по направлению силой действует на лопасти колеса, толкая их и всю лодку вперед. Эта сила, действующая со стороны воды, является внешней по отношению к системе «лодка — белки — колесо». Именно эта внешняя сила тяги и будет приводить лодку в движение, преодолевая сопротивление воды.

Поскольку в книге А. С. Некрасова речь идет о способе передвижения судна, логично предположить, что имеется в виду именно второй вариант, где колесо используется как гребное.

Ответ: Да, лодка с подобным двигателем будет двигаться при условии, что колесо является гребным, то есть его лопасти взаимодействуют с водой. В этом случае белки служат источником энергии, а колесо — движителем, создающим внешнюю силу тяги за счет отталкивания от воды. Если же колесо полностью изолировано от внешней среды и находится внутри лодки, то поступательного движения не возникнет, так как все действующие силы будут внутренними для системы.