Номер 1550, страница 175 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Законы взаимодействия и движения тел. 55. Равномерное движение по окружности - номер 1550, страница 175.

Решение.

Силы, действующие на камень, на верёвку, на руку

Рассмотрим силы, действующие на каждый из объектов системы, и укажем направление их векторов.

1. Силы, действующие на камень:

- Сила тяжести ($ \vec{F}_{тяж} $): направлена вертикально вниз.

- Сила натяжения верёвки ($ \vec{T}_{кам} $): направлена вдоль верёвки к центру окружности (к руке). Эта сила является центростремительной, она изменяет направление скорости камня и заставляет его двигаться по круговой траектории.

2. Силы, действующие на верёвку:

- Сила, с которой камень тянет верёвку ($ \vec{T'}_{кам} $): направлена вдоль верёвки от центра окружности. По третьему закону Ньютона, эта сила равна по модулю и противоположна по направлению силе $ \vec{T}_{кам} $.

- Сила, с которой рука тянет верёвку ($ \vec{F}_{руки} $): направлена вдоль верёвки к центру окружности.

3. Силы, действующие на руку:

- Сила, с которой верёвка тянет руку ($ \vec{T}_{вер} $): направлена вдоль верёвки от центра окружности. По третьему закону Ньютона, эта сила равна по модулю и противоположна по направлению силе $ \vec{F}_{руки} $.

- Мышечная сила человека ($ \vec{F}_{мышц} $): прикладывается к руке, чтобы удержать верёвку и уравновесить силу $ \vec{T}_{вер} $.

Ответ: На камень действуют сила тяжести (вертикально вниз) и сила натяжения верёвки (вдоль верёвки к центру). На верёвку действуют две силы: со стороны камня (вдоль верёвки от центра) и со стороны руки (вдоль верёвки к центру). На руку действует сила натяжения со стороны верёвки (вдоль верёвки от центра), которая уравновешивается мышечной силой.

Движение камня после обрыва верёвки

Когда камень движется по окружности, его мгновенная скорость $ \vec{v} $ в любой точке траектории направлена по касательной к этой окружности. Сила натяжения верёвки является центростремительной силой, которая непрерывно изменяет направление вектора скорости, удерживая камень на круговой орбите.

Если верёвка обрывается, действие центростремительной силы на камень прекращается. Согласно первому закону Ньютона (закону инерции), тело, на которое не действуют силы (или действие сил скомпенсировано), сохраняет свою скорость постоянной. В момент обрыва камень имеет определённую скорость, направленную по касательной к окружности.

Поскольку сила, удерживающая его на окружности, исчезла, камень продолжит движение по инерции прямолинейно с той скоростью, которую он имел в момент обрыва. Таким образом, траектория его движения будет прямой линией, являющейся касательной к окружности в точке обрыва.

Ответ: Если в положении, показанном на рисунке, верёвка оборвется, то камень будет двигаться прямолинейно по касательной к окружности в той точке, где произошел обрыв.