Номер 1667, страница 192 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Законы взаимодействия и движения тел. 58. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение - номер 1667, страница 192.

Решение.

Решение

Для того чтобы тело, находящееся в состоянии покоя, начало двигаться, на него должна подействовать некоторая внешняя сила. Когда человек передвигается по обычной поверхности (например, идет или ползет), он отталкивается от нее ногами или руками. Движущей силой в этом случае является сила трения покоя. Согласно третьему закону Ньютона, человек толкает поверхность в одном направлении (например, назад), а поверхность с такой же по модулю силой толкает человека в противоположном направлении (вперед). Именно эта сила реакции опоры, обусловленная трением, и заставляет человека двигаться.

В условии задачи указано, что поверхность идеально гладкая. Это означает, что коэффициент трения равен нулю, и, следовательно, сила трения отсутствует. Без силы трения человек не может оттолкнуться от поверхности. Любые движения, которые он будет совершать, не отталкиваясь от опоры (например, махать руками и ногами), будут являться результатом действия внутренних сил. Согласно закону сохранения импульса, внутренние силы не могут изменить положение центра масс замкнутой системы. Таким образом, просто двигая частями своего тела, человек не сможет сдвинуться с места — его центр масс останется неподвижным.

Однако человек все же может начать движение. Для этого ему необходимо воспользоваться законом сохранения импульса, но таким образом, чтобы создать внешнюю (относительно себя) движущую силу. Это можно сделать, если отделить от себя некоторую массу, придав ей скорость.

Рассмотрим систему "человек". Изначально ее импульс равен нулю. Человек может:

1. Бросить от себя какой-либо предмет. Например, ботинок, телефон или любой другой предмет, который у него есть. Пусть масса человека — $\text{M}$, а масса ботинка — $\text{m}$. Если человек бросит ботинок со скоростью $\vec{v}$, то, согласно закону сохранения импульса, сам человек приобретет скорость $\vec{V}$ в противоположном направлении. Суммарный импульс системы "человек + ботинок" до и после броска должен остаться равным нулю:
   $M\vec{V} + m\vec{v} = 0$
   Отсюда скорость человека после броска:
   $\vec{V} = -\frac{m}{M}\vec{v}$
   Так как поверхность идеально гладкая, человек будет продолжать скользить с этой скоростью.
2. Использовать реактивное движение. Человек может с силой выдохнуть воздух. Масса выдыхаемого воздуха невелика, но она не равна нулю. Выдыхаемый воздух приобретает импульс в одном направлении, а человек, по закону сохранения импульса, получит равный по модулю и противоположный по направлению импульс, что заставит его двигаться.

Ответ: Да, человек может передвигаться по идеально гладкой горизонтальной поверхности, но не обычным способом (ходьбой или ползком), так как для этого необходима сила трения, которая отсутствует. Он может прийти в движение, используя закон сохранения импульса: бросив от себя какой-либо предмет (например, элемент одежды) или сильно выдохнув воздух. В результате он начнет двигаться в сторону, противоположную направлению броска или выдоха.