Номер 4, страница 129, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 32. Реактивный двигатель. Вопросы и задания - номер 4, страница 129.

Условие.

4. Если надуть воздушный шарик и, не завязывая его отверстие, выпустить из рук, то шарик начнёт быстро двигаться по сложной траектории. В чём причина движения шарика?

Решение.

Причиной движения воздушного шарика является реактивное движение. Это явление описывается законом сохранения импульса и третьим законом Ньютона.

Внутри надутого шарика находится сжатый воздух, который давит на его стенки изнутри. Пока отверстие закрыто, силы давления на противоположные стенки уравновешивают друг друга, и шарик находится в покое. Как только отверстие открывается, воздух начинает с большой скоростью выходить из него. Стенка шарика, противоположная отверстию, продолжает испытывать давление воздуха изнутри, в то время как со стороны отверстия это давление отсутствует, так как воздух свободно выходит. Возникает неуравновешенная сила, которая и толкает шарик в сторону, противоположную направлению вылетающей струи воздуха.

Это явление можно объяснить с помощью третьего закона Ньютона: сила, с которой шарик выталкивает воздух, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой выходящий воздух толкает шарик. Эта вторая сила называется реактивной силой тяги.

Также это следует из закона сохранения импульса. Изначально система «шарик + воздух внутри» покоится, её суммарный импульс равен нулю. Когда струя воздуха массой $m_в$ вылетает из шарика со скоростью $\vec{v_в}$, она приобретает импульс $\vec{p_в} = m_в \vec{v_в}$. Чтобы суммарный импульс системы оставался равным нулю, шарик массой $m_ш$ должен приобрести импульс $\vec{p_ш}$, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу воздуха: $\vec{p_ш} = -\vec{p_в}$. В результате шарик начинает двигаться со скоростью $\vec{v_ш}$ в направлении, противоположном вылету воздуха.

Сложная траектория движения объясняется тем, что шарик имеет мягкую оболочку. При выходе воздуха его эластичное отверстие колеблется и деформируется, из-за чего направление воздушной струи постоянно меняется. Соответственно, меняется и направление реактивной силы, что заставляет шарик двигаться хаотично.

Ответ: Причина движения шарика — это реактивное движение. Оно возникает в результате того, что из шарика с большой скоростью вырывается струя воздуха, которая, в соответствии с законом сохранения импульса и третьим законом Ньютона, толкает шарик в противоположном направлении.