Номер 38, страница 82, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 8. Третий закон Ньютона - номер 38, страница 82.

Условие.

38. По третьему закону Ньютона сила, с которой тягач тянет прицеп, равна силе, с которой прицеп действует на тягач. Объясните, почему же тогда прицеп движется за тягачом, а не наоборот? Сделайте пояснительный рисунок.

Решение.

Этот вопрос затрагивает распространенное заблуждение, связанное с третьим законом Ньютона. Согласно этому закону, сила, с которой тягач действует на прицеп ($\vec{F}_{т \to п}$), действительно равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой прицеп действует на тягач ($\vec{F}_{п \to т}$).

$\vec{F}_{т \to п} = -\vec{F}_{п \to т}$

Ключевой момент для понимания движения заключается в том, что эти две силы приложены к разным телам. Сила $\vec{F}_{т \to п}$ приложена к прицепу и заставляет его двигаться, в то время как сила $\vec{F}_{п \to т}$ приложена к тягачу и замедляет его движение. Поскольку силы приложены к разным объектам, они не могут скомпенсировать друг друга.

Чтобы определить, почему система движется, необходимо рассмотреть все силы, действующие на каждое тело, в соответствии со вторым законом Ньютона ($F_{равнодействующая} = ma$).

Решение

Рассмотрим все горизонтальные силы, действующие на каждое тело по отдельности.

1. Силы, действующие на прицеп:

На прицеп действуют две основные силы в горизонтальном направлении:
• Сила натяжения со стороны тягача $\vec{F}_{т \to п}$, направленная вперёд.
• Суммарная сила сопротивления движению прицепа $\vec{F}_{сопр.пр}$ (трение в осях, сопротивление воздуха), направленная назад.
Согласно второму закону Ньютона, уравнение движения для прицепа имеет вид: $m_{пр} \cdot a = F_{т \to п} - F_{сопр.пр}$. Прицеп будет двигаться с ускорением, если сила тяги со стороны тягача больше силы сопротивления, действующей на прицеп.

2. Силы, действующие на тягач:

На тягач действуют три основные силы в горизонтальном направлении:
• Сила тяги $\vec{F}_{тяги}$, которую создаёт двигатель через взаимодействие ведущих колёс с дорогой. Это внешняя сила, которая и приводит всю систему в движение. Она направлена вперёд.
• Сила натяжения со стороны прицепа $\vec{F}_{п \to т}$, направленная назад.
• Суммарная сила сопротивления движению тягача $\vec{F}_{сопр.тяг}$, направленная назад.
Уравнение движения для тягача: $m_{тяг} \cdot a = F_{тяги} - F_{п \to т} - F_{сопр.тяг}$.

Общий вывод:

Тягач и прицеп движутся вперёд, потому что внешняя сила тяги ($\vec{F}_{тяги}$), приложенная к тягачу, больше, чем сумма всех внешних сил сопротивления, действующих на оба тела ($\vec{F}_{сопр.тяг} + \vec{F}_{сопр.пр}$).

$F_{тяги} > F_{сопр.тяг} + F_{сопр.пр}$

Силы взаимодействия между тягачом и прицепом ($\vec{F}_{т \to п}$ и $\vec{F}_{п \to т}$) являются внутренними для системы "тягач-прицеп". Они обеспечивают передачу движения от тягача к прицепу, но не определяют движение системы в целом. Прицеп движется за тягачом, потому что именно тягач является источником движущей силы, отталкиваясь от дороги.

Пояснительный рисунок:

Ответ: Силы взаимодействия между тягачом и прицепом приложены к разным телам, поэтому они не уравновешивают друг друга. Движение всей системы определяется равнодействующей всех внешних сил. Система движется вперёд, так как внешняя сила тяги, создаваемая двигателем тягача при его взаимодействии с дорогой, превосходит сумму всех внешних сил сопротивления (трения и сопротивления воздуха), действующих на тягач и прицеп.