Номер 23, страница 33 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

II. Основы динамики. Выполняем тест - номер 23, страница 33.

Условие.

23. При взлёте ракеты космонавт ощущает, что его прижимает к креслу. При этом:

1) изменяется масса космонавта

2) изменяется сила тяжести, действующая на космонавта

3) изменяется вес космонавта

4) никакие величины не изменяются

Решение.

Решение

Для того чтобы определить, какая физическая величина изменяется, проанализируем каждую из них в условиях взлетающей ракеты.

1) изменяется масса космонавта

Масса ($\text{m}$) — это мера инертности тела, которая является его внутренней характеристикой. В классической механике масса тела считается постоянной и не зависит от его движения (если скорость не близка к скорости света) или ускорения. Таким образом, масса космонавта при взлёте не меняется. Этот вариант ответа неверен.

2) изменяется сила тяжести, действующая на космонавта

Сила тяжести ($F_{тяж}$) — это сила, с которой Земля притягивает космонавта. Она вычисляется по формуле $F_{тяж} = mg$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения. При наборе высоты значение $\text{g}$ незначительно уменьшается, но в момент взлёта и на начальном его этапе ракета всё ещё находится очень близко к поверхности Земли, поэтому изменением силы тяжести можно пренебречь. Сила тяжести остаётся практически постоянной. Этот вариант ответа неверен.

3) изменяется вес космонавта

Вес ($\text{P}$) — это сила, с которой тело действует на опору (в данном случае, на кресло) из-за гравитационного притяжения. В состоянии покоя вес космонавта равен силе тяжести: $P = mg$.

При взлёте ракета движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально вверх. На космонавта действуют две силы: сила тяжести $\text{mg}$, направленная вниз, и сила реакции опоры $\text{N}$ со стороны кресла, направленная вверх. Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая сила равна произведению массы на ускорение: $N - mg = ma$.

Отсюда можно выразить силу реакции опоры: $N = mg + ma = m(g + a)$.

По третьему закону Ньютона, сила, с которой космонавт давит на кресло (его вес), равна по модулю силе реакции опоры: $P = N$.

Следовательно, вес космонавта при взлёте равен $P = m(g + a)$. Так как ускорение $\text{a}$ положительно, вес космонавта $\text{P}$ становится больше, чем его вес в состоянии покоя ($\text{mg}$). Это увеличение веса и ощущается как "прижатие к креслу" и называется перегрузкой. Таким образом, вес космонавта изменяется. Этот вариант ответа верен.

4) никакие величины не изменяются

Как мы установили в пункте 3, вес космонавта изменяется. Следовательно, данное утверждение неверно.

Ответ: 3