Номер 3, страница 115 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

3. Изобразите на одном рисунке все силы, действующие на автомобиль, на другом рисунке – равнодействующую этих сил в удобном для вас масштабе.

Решение

Для решения задачи рассмотрим наиболее общий случай: автомобиль движется по горизонтальной дороге с ускорением, направленным вправо. В этом случае на автомобиль действуют следующие силы:

• Сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$): направлена вертикально вниз, приложена к центру масс автомобиля. Обусловлена притяжением автомобиля к Земле.
• Сила нормальной реакции опоры ($\vec{N}$): направлена вертикально вверх, перпендикулярно поверхности дороги. Это сила, с которой дорога действует на автомобиль. Так как автомобиль не проваливается сквозь дорогу и не взлетает, эта сила по модулю равна силе тяжести: $|\vec{N}| = |\vec{F}_{тяж}|$.
• Сила тяги ($\vec{F}_{тяги}$): создается двигателем и передается через ведущие колеса. Она толкает автомобиль вперед (в нашем случае вправо).
• Сила сопротивления ($\vec{F}_{сопр}$): это суммарная сила, препятствующая движению. Она включает в себя силу сопротивления воздуха и силу трения качения колес о дорогу. Направлена в сторону, противоположную движению (влево).

Поскольку по условию нашего примера автомобиль движется с ускорением, это означает, что сила тяги больше силы сопротивления: $|\vec{F}_{тяги}| > |\vec{F}_{сопр}|$.

Изображение всех сил, действующих на автомобиль

На рисунке ниже изображен автомобиль и все действующие на него силы в выбранном масштабе. Вертикальные силы (сила тяжести и сила реакции опоры) равны по модулю и противоположны по направлению. Горизонтальная сила тяги больше силы сопротивления, что обеспечивает ускорение.

Изображение равнодействующей этих сил

Равнодействующая сила ($\vec{F}_{R}$) — это векторная сумма всех сил, действующих на тело:

$ \vec{F}_{R} = \vec{F}_{тяж} + \vec{N} + \vec{F}_{тяги} + \vec{F}_{сопр} $

Вертикальные силы (сила тяжести и сила нормальной реакции опоры) уравновешивают друг друга, так как их модули равны, а направления противоположны. Их векторная сумма равна нулю:

$ \vec{F}_{тяж} + \vec{N} = 0 $

Таким образом, равнодействующая сила определяется только горизонтальными силами:

$ \vec{F}_{R} = \vec{F}_{тяги} + \vec{F}_{сопр} $

Поскольку векторы $\vec{F}_{тяги}$ и $\vec{F}_{сопр}$ направлены в противоположные стороны, модуль равнодействующей силы равен разности их модулей, а её направление совпадает с направлением большей силы (силы тяги).

$ |\vec{F}_{R}| = |\vec{F}_{тяги}| - |\vec{F}_{сопр}| $

Равнодействующая сила $\vec{F}_{R}$ направлена вправо, и именно она, согласно второму закону Ньютона, сообщает автомобилю ускорение ($ \vec{F}_{R} = m\vec{a} $).

На рисунке ниже показана равнодействующая всех сил. Ее вектор является результатом сложения векторов всех четырех сил.

Ответ:

На автомобиль, движущийся с ускорением по горизонтальной дороге, действуют четыре основные силы: сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$), сила нормальной реакции опоры ($\vec{N}$), сила тяги ($\vec{F}_{тяги}$) и сила сопротивления ($\vec{F}_{сопр}$). Сила тяжести и сила нормальной реакции опоры уравновешивают друг друга. Равнодействующая сила ($\vec{F}_{R}$) равна векторной сумме силы тяги и силы сопротивления. Поскольку в рассмотренном случае ускоренного движения сила тяги больше силы сопротивления, равнодействующая направлена в сторону движения. Рисунки, изображающие все силы и их равнодействующую, представлены в решении.