Номер 1641, страница 189 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Законы взаимодействия и движения тел. 57. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона - номер 1641, страница 189.

Решение.

Различие в поведении самолёта и корабля при повороте объясняется средой, в которой они движутся, и способом создания силы, необходимой для изменения траектории движения (центростремительной силы).

Поворот самолёта в воздухе

Для совершения поворота любому телу необходимо наличие центростремительной силы, направленной к центру кривизны траектории. В случае самолёта эту силу создаёт подъёмная сила его крыльев. Чтобы повернуть, пилот с помощью элеронов создаёт крен — наклоняет самолёт, опуская то крыло, в сторону которого совершается поворот.

В результате этого наклона полная аэродинамическая подъёмная сила $F_A$, которая в прямом полёте направлена вертикально вверх и компенсирует силу тяжести, теперь направлена под углом к вертикали. Эту силу можно разложить на две составляющие: вертикальную и горизонтальную.

Вертикальная составляющая подъёмной силы по-прежнему уравновешивает силу тяжести, удерживая самолёт на одной высоте. Горизонтальная составляющая подъёмной силы и является той самой центростремительной силой ($F_ц$), которая заставляет самолёт изменять направление движения и двигаться по дуге окружности. Таким образом, наклон в сторону поворота — это необходимый и управляемый манёвр для создания поворачивающей силы.

Ответ: Самолёт намеренно наклоняется в сторону поворота, чтобы горизонтальная составляющая подъёмной силы крыла обеспечила центростремительную силу, необходимую для изменения траектории полёта.

Поворот корабля в воде

Корабль поворачивает с помощью руля, расположенного на корме. Поворот руля создаёт гидродинамическую силу, которая вызывает поворачивающий момент, и нос корабля отклоняется в нужную сторону. Для движения по кривой траектории на корпус корабля со стороны воды начинает действовать центростремительная сила, направленная к центру поворота.

Ключевое отличие от самолёта заключается в расположении центра тяжести и точек приложения сил. Центр тяжести корабля (ЦТ) находится достаточно высоко над ватерлинией. Центростремительная сила со стороны воды приложена к подводной части корпуса, то есть её точка приложения (центр давления) находится ниже центра тяжести. В то же время на центр тяжести действует сила инерции (так называемая центробежная сила), направленная в сторону, противоположную повороту (наружу от кривой траектории).

Эта пара сил — центростремительная (от воды, приложена низко) и центробежная (сила инерции, приложена к ЦТ высоко) — создаёт кренящий момент, который наклоняет корабль наружу от центра поворота. В результате борт, противоположный стороне поворота, опускается, а внутренний — поднимается. Этот крен является побочным и зачастую нежелательным эффектом, связанным с инерцией и гидродинамикой.

Ответ: При повороте на корабль действует центробежная сила, приложенная к его высоко расположенному центру тяжести, и центростремительная сила со стороны воды, приложенная к подводной части корпуса. Эта пара сил создаёт момент, который наклоняет корабль наружу, в сторону, противоположную повороту.