Анализируйте, страница 83 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Анализируйте

Что происходит с футбольным мячом в момент удара по нему и сразу же после него?

В момент удара по нему:

В этот краткий миг происходит сложное физическое взаимодействие.

Во-первых, когда нога соприкасается с мячом, она передает ему свою кинетическую энергию. Поскольку мяч имеет упругую оболочку и наполнен воздухом, под действием силы удара он деформируется – сжимается в месте контакта. В этот момент часть кинетической энергии ноги преобразуется в потенциальную энергию упругой деформации мяча.

Во-вторых, согласно второму закону Ньютона ($F=ma$), приложенная к мячу сила $F$ сообщает ему ускорение $a$. Эта сила действует очень короткое время, но имеет большую величину, поэтому мяч приобретает значительную скорость. Процесс описывается через импульс силы: $J = F \cdot \Delta t = \Delta p$, где $\Delta p$ – изменение импульса мяча.

В-третьих, после максимального сжатия мяч начинает быстро восстанавливать свою сферическую форму. Накопленная потенциальная энергия деформации преобразуется обратно в кинетическую, добавляя мячу скорости и отталкивая его от ноги. Часть энергии при этом необратимо теряется, превращаясь в тепло и звуковую волну (мы слышим хлопок).

и сразу же после него:

Как только мяч теряет контакт с ногой, он становится свободно летящим телом, на движение которого влияют следующие основные силы:

Сила тяжести. На мяч действует сила тяжести ($F_{тяж}=mg$), направленная вертикально вниз к центру Земли. Она заставляет мяч двигаться по параболической траектории – сначала подниматься, а потом опускаться.

Сила сопротивления воздуха. Воздух оказывает сопротивление движению мяча (аэродинамическое сопротивление). Эта сила направлена в сторону, противоположную движению мяча, и замедляет его полет. Из-за этого реальная траектория полета короче и ниже, чем идеальная парабола.

Эффект Магнуса. Если удар был нанесен со смещением от центра мяча (крученый удар), мяч начинает вращаться. Вращающийся объект в потоке воздуха создает разницу давлений на своих сторонах, что приводит к возникновению боковой силы. Эта сила, называемая силой Магнуса, искривляет траекторию полета мяча, заставляя его "поворачивать" в воздухе.

Ответ: В момент удара мяч деформируется, накапливает потенциальную энергию и получает резкое ускорение. Сразу после удара он продолжает движение как снаряд, траектория которого определяется начальной скоростью, силой тяжести, сопротивлением воздуха и (в случае вращения) эффектом Магнуса.