Номер 7, страница 89 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

7. Может ли наблюдаться такая ситуация у тела массой $2 \text{ кг}$, сила тяжести которого равна $20 \text{ Н}$, а вес равен $0 \text{ Н}$.

Дано:

Масса тела, $m = 2$ кг

Сила тяжести, $F_{тяж} = 20$ Н

Вес тела, $P = 0$ Н

Все величины представлены в системе СИ.

Найти:

Может ли наблюдаться такая ситуация?

Решение:

Для начала разберемся с понятиями силы тяжести и веса.

Сила тяжести – это сила, с которой Земля (или другое небесное тело) притягивает к себе находящиеся вблизи нее тела. Она рассчитывается по формуле второго закона Ньютона: $F_{тяж} = mg$, где $m$ – масса тела, а $g$ – ускорение свободного падения. Проверим, соответствуют ли данные в условии этой формуле. Из данных имеем $m = 2$ кг и $F_{тяж} = 20$ Н. Тогда ускорение свободного падения должно быть $g = \frac{F_{тяж}}{m} = \frac{20 \text{ Н}}{2 \text{ кг}} = 10 \text{ м/с}^2$. Это значение является общепринятым приближением для ускорения свободного падения у поверхности Земли. Таким образом, на тело массой 2 кг действительно действует сила тяжести, равная примерно 20 Н. Эта сила действует на тело всегда, пока оно находится в гравитационном поле Земли.

Вес тела ($P$) – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Вес тела не всегда равен силе тяжести. Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением $a$, направленным вертикально, то его вес изменяется. Общая формула для веса тела: $P = m(g - a)$, где ускорение $a$ считается положительным, если направлено вверх, и отрицательным, если направлено вниз.

В условии задачи указано, что вес тела равен нулю: $P = 0$ Н. Подставим это значение в формулу веса:

$0 = m(g - a)$

Поскольку масса тела $m=2$ кг и не равна нулю, для выполнения этого равенства необходимо, чтобы выражение в скобках было равно нулю:

$g - a = 0$

Отсюда следует, что $a = g$.

Это означает, что тело должно двигаться с ускорением, равным ускорению свободного падения, и направленным вниз. Такое движение называется свободным падением, а состояние, в котором находится тело, – невесомостью.

Таким образом, описанная в задаче ситуация возможна. Она наблюдается, когда тело находится в состоянии свободного падения. При этом на него по-прежнему действует сила тяжести (20 Н), но оно не давит на опору и не растягивает подвес, то есть его вес равен нулю.

Примеры таких ситуаций:

• Тело, брошенное или просто отпущенное, в вакууме или когда сопротивлением воздуха можно пренебречь.
• Космонавт на борту орбитальной станции (и сама станция) находится в состоянии постоянного свободного падения на Землю.
• Пассажиры и предметы в самолете, летящем по параболической траектории (так называемая "горка Кеплера" для тренировки космонавтов).

Ответ:

Да, такая ситуация может наблюдаться. Она возникает, когда тело находится в состоянии свободного падения (например, падает без сопротивления воздуха или находится на борту спутника на орбите). В этом состоянии, называемом невесомостью, вес тела равен нулю, но сила тяжести продолжает действовать на него.