Страница 68 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Как экспериментально доказать, что тела приходят в движение при взаимодействии с другими телами?

Как экспериментально доказать, что тела приходят в движение при взаимодействии с другими телами?

Чтобы экспериментально доказать, что движение возникает в результате взаимодействия тел, можно провести следующий опыт. Нам понадобятся две лёгкие тележки, пружина и нить.

Поставим две тележки на ровную горизонтальную поверхность, например, на стол. Между тележками разместим сжатую пружину. Чтобы пружина оставалась в сжатом состоянии, свяжем тележки нитью. В начальном состоянии вся система находится в покое: и тележки, и пружина неподвижны относительно стола.

Теперь пережжём нить, которая удерживает тележки. Мы увидим, что пружина распрямляется и расталкивает обе тележки, в результате чего они приходят в движение и разъезжаются в противоположные стороны. До того как мы пережгли нить, тележки покоились. Движение возникло только после того, как пружина, освободившись, начала действовать (взаимодействовать) на обе тележки. Каждая из тележек, в свою очередь, действовала на пружину.

Этот опыт наглядно демонстрирует, что изменение состояния покоя на состояние движения произошло именно из-за взаимодействия тел (тележек и пружины). Без взаимодействия тело само по себе не может изменить свою скорость.

Ответ: Провести опыт с двумя тележками и сжатой пружиной между ними. Изначально система покоится. После пережигания нити, удерживающей пружину, тележки приходят в движение под действием разжимающейся пружины. Это доказывает, что движение возникло в результате их взаимодействия.

2. Верно ли утверждение, что тело может само по себе прийти в движение или изменить свою скорость?

Данное утверждение неверно. Оно противоречит одному из фундаментальных законов природы — закону инерции (первому закону Ньютона). Согласно этому закону, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не подействуют другие тела (или пока действие других тел не будет скомпенсировано).

Прийти в движение означает изменить свою скорость от нуля до некоторого значения. Изменить скорость — значит изменить её величину или направление. Любое такое изменение называется ускорением, и причиной ускорения всегда является взаимодействие с другими телами, то есть действие силы. Тело не может начать двигаться или изменить параметры своего движения самопроизвольно, без внешнего воздействия. Наш повседневный опыт подтверждает это: книга лежит на столе, пока мы её не возьмём; мяч катится и останавливается из-за взаимодействия с поверхностью и воздухом (трения).

Ответ: Нет, утверждение неверно. Тело не может само по себе изменить свою скорость (начать движение, остановиться, повернуть), так как для этого необходимо взаимодействие с другими телами, которое создаст силу, вызывающую ускорение.

2. Верно ли утверждение, что при взаимодействии меняются скорости обоих тел? Ответ обоснуйте.

Верно ли утверждение, что при взаимодействии меняются скорости обоих тел? Ответ обоснуйте.

Да, утверждение верно. При взаимодействии скорости меняются у обоих тел. Обоснование этого факта лежит в законах Ньютона.

Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и противоположны по направлению. Если тело 1 действует на тело 2 с силой $ \vec{F}_{12} $, то тело 2 действует на тело 1 с силой $ \vec{F}_{21} $, причем:

$ \vec{F}_{12} = - \vec{F}_{21} $

Согласно второму закону Ньютона, сила, действующая на тело, вызывает его ускорение ($ \vec{F} = m\vec{a} $). Ускорение — это величина, характеризующая быстроту изменения скорости тела ($ \vec{a} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} $).

Поскольку в процессе взаимодействия на каждое из тел действует сила, то каждое из тел получает ускорение. А наличие ускорения означает, что скорость тела изменяется.

Таким образом, если два тела взаимодействуют, они оба испытывают действие сил, оба получают ускорение, и, следовательно, скорости обоих тел изменяются. Стоит отметить, что изменения скоростей не обязательно будут одинаковыми. Из формулы $ \Delta \vec{v} = \frac{\vec{F} \Delta t}{m} $ видно, что изменение скорости обратно пропорционально массе тела. Поэтому тело с меньшей массой испытает большее изменение скорости.

Ответ: Да, утверждение верно. В соответствии с третьим законом Ньютона, при взаимодействии на оба тела действуют равные по модулю и противоположные по направлению силы. Согласно второму закону Ньютона, эти силы вызывают ускорение у каждого из тел, что приводит к изменению их скоростей.

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

Явление взаимодействия тел при выстреле из ружья является наглядной демонстрацией третьего закона Ньютона и закона сохранения импульса.

Рассмотрим систему, состоящую из ружья и пули.

1. До выстрела: И ружье, и пуля находятся в состоянии покоя. Их скорости равны нулю, и, следовательно, суммарный импульс системы «ружье-пуля» также равен нулю.
2. В момент выстрела: При сгорании пороха образуются пороховые газы, которые расширяются и с огромной силой давят на пулю, выталкивая ее из ствола. Эта сила сообщает пуле большое ускорение, и она приобретает высокую скорость, направленную вперед.
3. Взаимодействие: Согласно третьему закону Ньютона, с какой силой пороховые газы действуют на пулю, с точно такой же по величине, но противоположной по направлению силой газы действуют и на ружье. Эта сила толкает ружье назад. Данное явление называется отдачей.
4. После выстрела: В результате взаимодействия и пуля, и ружье приходят в движение. Пуля летит вперед с большой скоростью ($ \vec{v}_{п} $), а ружье движется назад со скоростью отдачи ($ \vec{v}_{р} $).

Так как масса ружья ($ m_{р} $) значительно больше массы пули ($ m_{п} $), то, согласно закону сохранения импульса ($ m_{п}\vec{v}_{п} + m_{р}\vec{v}_{р} = 0 $), скорость отдачи ружья будет во столько же раз меньше скорости пули, во сколько раз масса ружья больше массы пули. Именно поэтому мы наблюдаем, как легкая пуля улетает с огромной скоростью, а тяжелое ружье лишь толкает стрелка в плечо.

Таким образом, выстрел — это пример взаимодействия, при котором оба тела (пуля и ружье) изменяют свою скорость в результате действия друг на друга.

Ответ: При выстреле пороховые газы с силой толкают пулю вперед, сообщая ей скорость. В соответствии с третьим законом Ньютона, с такой же по модулю, но противоположной по направлению силой газы толкают ружье назад, вызывая его отдачу. В результате взаимодействия скорости обоих тел (изначально равные нулю) изменяются.

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.