Номер 20, 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 20, страница 79.

Условие.

20. Человек лежит на воде. Равен ли его вес нулю?

Решение.

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо чётко определить, что такое вес тела.

Вес ($\text{P}$) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие гравитационного притяжения. Вес не следует путать с массой ($\text{m}$), которая является мерой инертности тела.

Когда человек лежит на воде, на него действуют две основные вертикальные силы:

1. Сила тяжести ($F_g$), направленная вниз. Она равна произведению массы человека на ускорение свободного падения: $F_g = mg$.
2. Выталкивающая сила, или сила Архимеда ($F_A$), направленная вверх. Эту силу создает вода, действуя на погруженную часть тела человека.

Человек плавает на поверхности, то есть находится в состоянии покоя. Согласно первому закону Ньютона, это означает, что равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю. Следовательно, выталкивающая сила уравновешивает силу тяжести:

$F_A = F_g = mg$

Согласно определению, вес — это сила, которую тело прикладывает к опоре. В данном случае опорой является вода. По третьему закону Ньютона, сила, с которой человек действует на воду, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой вода действует на человека (т. е. выталкивающей силе $F_A$).

Таким образом, вес человека, лежащего на воде, равен по модулю выталкивающей силе, которая, в свою очередь, равна силе тяжести:

$P = F_A = mg$

Поскольку масса человека ($\text{m}$) и ускорение свободного падения ($\text{g}$) не равны нулю, то и его вес ($\text{P}$) не равен нулю.

Состояние, при котором вес тела равен нулю, называется невесомостью. Оно возникает, когда на тело не действует никакая опора или подвес, и оно находится в состоянии свободного падения. Человек, плавающий в воде, не находится в свободном падении, так как на него действует опора — вода, создающая выталкивающую силу.

Хотя с точки зрения физики вес не равен нулю, человек в воде испытывает ощущения, схожие с невесомостью. Это связано с тем, что выталкивающая сила распределена по всей поверхности погруженной части тела, а не сосредоточена в одной точке (как, например, сила реакции опоры при стоянии на земле), и так называемый "кажущийся вес" (разность силы тяжести и выталкивающей силы) равен нулю.

Ответ: Нет, вес человека, лежащего на воде, не равен нулю. Его вес равен силе тяжести, действующей на него, и уравновешен выталкивающей силой воды.