Номер 1669, страница 193 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Законы взаимодействия и движения тел. 58. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение - номер 1669, страница 193.

Решение.

Решение

Движение конца шланга при выпуске воды под большим напором является проявлением закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона. Это явление известно как реактивное движение.

1. С точки зрения закона сохранения импульса:
Рассмотрим систему, состоящую из шланга и воды внутри него. До начала истечения воды система находится в покое, и ее суммарный импульс равен нулю. Когда вода начинает с большой скоростью вылетать из шланга, она приобретает импульс, направленный в сторону движения струи. Пусть масса вылетевшей за малое время воды равна $m_в$, а ее скорость – $v_в$. Тогда импульс воды будет равен $p_в = m_в \cdot v_в$.
Поскольку система "шланг-вода" является замкнутой в горизонтальном направлении (силой трения о землю на начальном этапе можно пренебречь), ее суммарный импульс должен оставаться равным нулю. Чтобы это условие выполнялось, шланг должен приобрести импульс $p_ш$, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу вытекающей воды:
$p_ш + p_в = 0$
$p_ш = -p_в$
Этот обратный импульс и заставляет конец шланга двигаться в направлении, противоположном истечению воды.

2. С точки зрения третьего закона Ньютона:
Чтобы вытолкнуть воду из себя, шланг действует на нее с некоторой силой (сила действия). Согласно третьему закону Ньютона, на каждое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Следовательно, выталкиваемая вода действует на шланг с точно такой же по модулю, но противоположно направленной силой (силой реакции).
$F_{ш \to в} = -F_{в \to ш}$
Именно эта сила реакции со стороны воды и толкает шланг в обратную сторону, вызывая его движение. Чем больше напор, тем больше масса и скорость вытекающей воды в единицу времени, и, следовательно, тем больше сила реакции и заметнее движение шланга.

Ответ: Движение конца шланга объясняется реактивной силой, возникающей в соответствии с законом сохранения импульса (или третьим законом Ньютона). Шланг отбрасывает массу воды в одном направлении, что создает силу, толкающую сам шланг в противоположном направлении.