Номер 18, страница 104, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 11. Силы трения - номер 18, страница 104.

Условие.

18. Груз массой 90 кг равномерно опускается на парашюте. Чему равна суммарная сила сопротивления воздуха, действующая на парашют и груз? Сделайте в тетради схематический чертёж и изобразите на нём силы, действующие на груз.

Решение.

Чему равна суммарная сила сопротивления воздуха, действующая на парашют и груз?

Дано:

Масса груза $m = 90 \text{ кг}$
Скорость опускания $v = \text{const}$ (движение равномерное)
Ускорение свободного падения $g \approx 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}}$

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

Суммарная сила сопротивления воздуха $F_{сопр}$ - ?

Решение:

В условии сказано, что груз на парашюте опускается равномерно. Это означает, что его скорость постоянна, а ускорение равно нулю ($a=0$). Согласно первому закону Ньютона, если тело движется равномерно и прямолинейно, то векторная сумма всех действующих на него сил равна нулю (силы скомпенсированы).
Рассмотрим систему тел «груз + парашют». На эту систему действуют две основные силы по вертикали:
1. Сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$), направленная вертикально вниз.
2. Суммарная сила сопротивления воздуха ($\vec{F}_{сопр}$), направленная вертикально вверх.

Поскольку система движется без ускорения, эти силы уравновешивают друг друга. В проекции на вертикальную ось, направленную вверх, уравнение будет выглядеть так:
$F_{сопр} - F_{тяж} = 0$
Отсюда следует, что модуль силы сопротивления воздуха равен модулю силы тяжести:
$F_{сопр} = F_{тяж}$
Силу тяжести, действующую на систему, рассчитаем по формуле $F_{тяж} = m \cdot g$. Массой парашюта в таких задачах обычно пренебрегают, так как она значительно меньше массы груза. Поэтому считаем массу всей системы равной массе груза.
Выполним расчет:
$F_{сопр} = 90 \text{ кг} \cdot 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}} = 900 \text{ Н}$

Ответ: суммарная сила сопротивления воздуха, действующая на парашют и груз, равна 900 Н.

Сделайте в тетради схематический чертеж и изобразите на нём силы, действующие на груз.

Ниже представлено описание схематического чертежа, который необходимо выполнить в тетради.
1. Изобразите груз в виде небольшого прямоугольника или квадрата.
2. Из центра этого прямоугольника проведите вектор (стрелку), направленный строго вертикально вниз. Подпишите этот вектор как $\vec{F}_{тяж}$ — это сила тяжести, действующая на груз.
3. От верхней части груза (из точки крепления строп) проведите вектор, направленный строго вертикально вверх. Подпишите этот вектор как $\vec{T}$ — это сила натяжения строп парашюта.
4. Поскольку движение груза равномерное, его ускорение равно нулю. Это значит, что силы, действующие на него, скомпенсированы. Поэтому векторы $\vec{F}_{тяж}$ и $\vec{T}$ должны быть равны по длине, но противоположны по направлению.
Модули этих сил равны: $|\vec{T}| = |\vec{F}_{тяж}| = m \cdot g = 90 \text{ кг} \cdot 10 \frac{\text{Н}}{\text{кг}} = 900 \text{ Н}$.

Ответ: на схематическом чертеже должны быть изображены две силы, приложенные к грузу: сила тяжести $\vec{F}_{тяж}$, направленная вертикально вниз, и равная ей по модулю сила натяжения строп $\vec{T}$, направленная вертикально вверх.