Номер 3, страница 66, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 7. Второй закон Ньютона - номер 3, страница 66.

Условие.

3. На нити подвешен массивный шар, к которому снизу прикреплена такая же нить. Если резко дёрнуть вниз нижнюю нить, то она и разорвётся. А если тянуть за нижнюю нить плавно, постепенно увеличивая силу, то разорвётся верхняя нить. Объясните этот опыт.

Решение.

Решение

Данный опыт демонстрирует проявление инертности тел. Результат зависит от того, как быстро прикладывается сила к нижней нити.

Если резко дёрнуть вниз нижнюю нить, то она и разорвётся

При резком рывке к нижней нити прикладывается большая сила за очень короткое время. Массивный шар обладает инерцией, то есть он стремится сохранить свое состояние покоя. Из-за этого он не успевает прийти в движение и передать усилие на верхнюю нить.
В результате, сила натяжения нижней нити ($T_{нижняя}$) мгновенно достигает значения, превышающего предел прочности нити. В то же время, натяжение верхней нити ($T_{верхняя}$) почти не изменяется и остается равным весу шара ($mg$). Так как сила рывка действует практически только на нижнюю нить, она и рвется.

Ответ: При резком рывке шар, из-за своей инертности, не успевает сместиться. Нагрузка не передаётся на верхнюю нить, и вся сила рывка приходится на нижнюю нить, которая и разрывается.

А если тянуть за нижнюю нить плавно, постепенно увеличивая силу, то разорвётся верхняя нить

При медленном и плавном увеличении силы система находится в состоянии равновесия (или квазиравновесия). В этом случае ускорение шара пренебрежимо мало.
Сила натяжения нижней нити $T_{нижняя}$ равна силе $\text{F}$, с которой мы тянем за нее: $T_{нижняя} = F$.
Верхняя нить должна выдерживать и вес шара ($mg$), и силу натяжения нижней нити. Таким образом, сила натяжения верхней нити $T_{верхняя}$ равна их сумме: $T_{верхняя} = mg + T_{нижняя}$.
Из этого соотношения видно, что сила натяжения верхней нити всегда больше силы натяжения нижней нити на величину веса шара. Поэтому при плавном увеличении силы $\text{F}$ именно верхняя нить первой достигнет предела прочности и разорвётся.

Ответ: При медленном натяжении сила успевает передаться через шар. Натяжение верхней нити равно сумме веса шара и силы, приложенной к нижней нити. Так как натяжение верхней нити всегда больше, она разрывается первой.