Номер 3, страница 68 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. § 20. Взаимодействие тел. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 3, страница 68.

3. Опишите явление взаимодействия тел на примере выстрела из арбалета.

Опишите явление взаимодействия тел на примере выстрела из арбалета.

Явление взаимодействия тел — это процесс, при котором тела действуют друг на друга силами, что приводит к изменению их скоростей. Выстрел из арбалета является наглядным примером этого явления, демонстрирующим действие третьего закона Ньютона и закона сохранения импульса.

Рассмотрим процесс выстрела по шагам:

1. Подготовка к выстрелу. В заряженном арбалете тетива натянута, а стрела установлена на направляющую. Дуги арбалета изогнуты, и в них запасена потенциальная энергия упругой деформации. Вся система «арбалет-стрела» находится в состоянии покоя относительно стрелка и земли, её суммарный импульс равен нулю.

2. Момент выстрела: взаимодействие тетивы и стрелы. Когда стрелок нажимает на спусковой крючок, тетива освобождается и под действием упругой силы дуг начинает двигаться вперед. Она с большой силой толкает стрелу, разгоняя её. Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой тетива действует на стрелу, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой стрела действует на тетиву. $ \vec{F}_{тетива \to стрела} = - \vec{F}_{стрела \to тетива} $ В результате этого взаимодействия потенциальная энергия дуг переходит в кинетическую энергию движущейся стрелы.

3. Отдача: взаимодействие арбалета и стрелка. Одновременно с тем, как стрела выталкивается вперед, весь арбалет испытывает толчок в противоположном направлении — отдачу. Эта сила отдачи является реакцией на силу, разгоняющую стрелу. Арбалет толкает стрелу вперед, а стрела (через тетиву и дуги) толкает арбалет назад. Эта сила отдачи передается в плечо и руки стрелка.

4. Закон сохранения импульса. Систему «арбалет-стрела» в момент выстрела можно считать замкнутой, так как внутренние силы взаимодействия намного больше внешних сил (например, силы тяжести, которая скомпенсирована опорой). До выстрела суммарный импульс системы был равен нулю. По закону сохранения импульса, он должен остаться равным нулю и после выстрела. $ p_{до} = p_{после} $ $ 0 = m_{стрелы} \cdot \vec{v}_{стрелы} + m_{арбалета} \cdot \vec{v}_{арбалета} $ Отсюда следует, что импульс стрелы равен по модулю и противоположен по направлению импульсу арбалета: $ m_{стрелы} \cdot \vec{v}_{стрелы} = - m_{арбалета} \cdot \vec{v}_{арбалета} $ Поскольку масса арбалета ($m_{арбалета}$) значительно больше массы стрелы ($m_{стрелы}$), скорость отдачи арбалета ($v_{арбалета}$) будет во столько же раз меньше, чем скорость вылета стрелы ($v_{стрелы}$).

5. Полет стрелы: взаимодействие с воздухом. После того как стрела покинула арбалет, она продолжает взаимодействовать с другими телами — с молекулами воздуха. Это взаимодействие проявляется в виде силы сопротивления воздуха, которая направлена против движения стрелы и постепенно её замедляет.

Ответ: Явление взаимодействия тел на примере выстрела из арбалета заключается в том, что тетива арбалета и стрела действуют друг на друга с равными по модулю и противоположными по направлению силами (третий закон Ньютона). Это приводит к тому, что легкая стрела приобретает большую скорость и летит вперед, а массивный арбалет получает толчок назад (отдачу) с меньшей скоростью. Это взаимодействие подчиняется закону сохранения импульса: суммарный импульс системы «арбалет-стрела» до выстрела (нулевой) равен суммарному импульсу после выстрела.