Номер 30, страница 81, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 8. Третий закон Ньютона - номер 30, страница 81.

Условие.

30. Спортсмен делает прыжок в высоту.

а) Запишите соотношение между весом спортсмена и действующей на него силой тяжести во время отталкивания от земли.

б) Запишите выражения для веса спортсмена и действующей на него силы тяжести, когда он не касается земли.

Решение.

Решение

а)

Во время отталкивания от земли спортсмен движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально вверх. Согласно второму закону Ньютона, на спортсмена действует равнодействующая сила $F_{равн} = ma$. Эта сила является векторной суммой силы тяжести $F_т = mg$, направленной вниз, и силы нормальной реакции опоры $\text{N}$, направленной вверх. В проекции на вертикальную ось, направленную вверх, второй закон Ньютона запишется в виде:

$N - F_т = ma$

Вес спортсмена $\text{P}$ – это сила, с которой он давит на опору. По третьему закону Ньютона, вес по модулю равен силе реакции опоры: $P = N$.

Из этих соотношений находим выражение для веса спортсмена:

$P = N = F_т + ma$

Поскольку при отталкивании спортсмен ускоряется вверх, то $a > 0$, и, следовательно, его вес $\text{P}$ больше силы тяжести $F_т$. Это состояние называется перегрузкой.

Ответ: Во время отталкивания от земли вес спортсмена $\text{P}$ больше действующей на него силы тяжести $F_т$. Их соотношение выражается формулой $P = F_т + ma$, где $\text{m}$ — масса спортсмена, а $\text{a}$ — его ускорение, направленное вверх. Следовательно, $P > F_т$.

б)

Когда спортсмен находится в полете, он не касается земли и не взаимодействует с какой-либо опорой или подвесом. В этом случае единственной силой, действующей на него (если пренебречь сопротивлением воздуха), является сила тяжести.

Выражение для силы тяжести, действующей на спортсмена, имеет вид: $F_т = mg$, где $\text{m}$ — масса спортсмена, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Вес тела $\text{P}$ по определению — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Поскольку в полете спортсмен не контактирует с опорой, его вес равен нулю. Такое состояние называется невесомостью.

Выражение для веса спортсмена: $P = 0$.

Ответ: Когда спортсмен не касается земли, его вес равен нулю ($P = 0$), а действующая на него сила тяжести равна $F_т = mg$.