Номер 17, страница 79, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 8. Третий закон Ньютона - номер 17, страница 79.

Условие.

17. Тело свободно падает. Давит ли оно при этом на опору? Растягивает ли оно при этом подвес?

Решение.

Решение

Свободное падение — это движение тела исключительно под воздействием силы тяжести, без учёта сопротивления воздуха. Ускорение, с которым движется тело при свободном падении, называется ускорением свободного падения и обозначается как $\text{g}$. Состояние, в котором находится свободно падающее тело, называется невесомостью. Вес тела ($\text{P}$) — это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес.

Давит ли оно при этом на опору?

Представим тело массой $\text{m}$, которое находится на опоре (например, на весах в падающем лифте). На тело действуют две силы: направленная вниз сила тяжести $F_{тяж} = mg$ и направленная вверх сила нормальной реакции опоры $\text{N}$. Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая этих сил равна произведению массы тела на его ускорение: $F_{тяж} - N = ma$.

Поскольку тело свободно падает, его ускорение $\text{a}$ равно ускорению свободного падения $\text{g}$. Подставим это в уравнение: $mg - N = mg$.

Из этого следует, что сила реакции опоры $N = mg - mg = 0$.

По третьему закону Ньютона, вес тела, то есть сила, с которой тело давит на опору, по модулю равна силе реакции опоры: $P = N$. Следовательно, вес тела в состоянии свободного падения равен нулю ($P = 0$). Тело и опора падают с одинаковым ускорением, поэтому они не оказывают друг на друга никакого давления.

Ответ: Нет, при свободном падении тело не давит на опору.

Растягивает ли оно при этом подвес?

Теперь представим, что это же тело подвешено на нити или пружине (подвесе), и вся система свободно падает. На тело действуют сила тяжести $F_{тяж} = mg$ (вниз) и сила натяжения подвеса $\text{T}$ (вверх). Второй закон Ньютона для этого случая будет выглядеть так: $mg - T = ma$.

Так как система находится в свободном падении, ускорение $\text{a}$ равно $\text{g}$. Подставляем в формулу: $mg - T = mg$.

Отсюда следует, что сила натяжения подвеса $T = mg - mg = 0$.

Сила, с которой тело растягивает подвес, по модулю равна силе натяжения $\text{T}$. Таким образом, эта сила также равна нулю. Тело и точка подвеса падают с одинаковым ускорением, поэтому подвес не испытывает натяжения.

Ответ: Нет, при свободном падении тело не растягивает подвес.