Номер 1, страница 129, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 15. Реактивное движение. Освоение космоса - номер 1, страница 129.

Условие.

1. Объясните, почему шарик разгоняется в направлении, противоположном струе выходящего из него воздуха.

Решение.

Движение воздушного шарика, из которого с силой выходит воздух, является классическим примером реактивного движения. Объяснить это явление можно с помощью фундаментальных законов физики: закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона.

С точки зрения закона сохранения импульса:
Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из шарика и воздуха внутри него. До того, как воздух начал выходить, шарик покоился. Это означает, что суммарный импульс системы (шарик + воздух) был равен нулю: $ \vec{p}_{общий} = 0 $.
Когда воздух начинает выходить из шарика, он приобретает определенную массу $ m_{в} $ и скорость $ \vec{v}_{в} $, а следовательно, и импульс $ \vec{p}_{в} = m_{в} \cdot \vec{v}_{в} $.
Согласно закону сохранения импульса, импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Поскольку начальный импульс системы был равен нулю, то и после того, как воздух начал выходить, суммарный импульс системы должен остаться равным нулю.
Это возможно только в том случае, если шарик приобретет импульс $ \vec{p}_{ш} $, который будет равен по модулю и противоположен по направлению импульсу выходящего воздуха:
$ \vec{p}_{ш} + \vec{p}_{в} = 0 $
$ \vec{p}_{ш} = - \vec{p}_{в} $
Так как импульс шарика $ \vec{p}_{ш} = M_{ш} \cdot \vec{v}_{ш} $ (где $ M_{ш} $ — масса шарика, а $ \vec{v}_{ш} $ — его скорость), то шарик начинает двигаться со скоростью, направленной в сторону, противоположную истечению воздуха. Процесс приобретения скорости и есть ускорение (разгон).

С точки зрения третьего закона Ньютона:
Этот закон гласит: действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие ($ \vec{F}_{1} = - \vec{F}_{2} $).
Шарик, сокращаясь, действует на находящийся в нем воздух с силой, выталкивая его наружу. Это сила действия.
Одновременно с этим, выталкиваемый воздух действует на шарик с точно такой же по величине, но противоположной по направлению силой. Это сила противодействия, которую называют реактивной силой.
Именно эта реактивная сила, приложенная к оболочке шарика, и заставляет его ускоряться в направлении, противоположном направлению выходящей струи воздуха, в полном соответствии со вторым законом Ньютона ($ \vec{F} = m\vec{a} $).

Ответ: Шарик разгоняется в направлении, противоположном струе выходящего из него воздуха, из-за возникновения реактивной силы. Согласно закону сохранения импульса, для сохранения нулевого суммарного импульса системы «шарик-воздух» шарик должен двигаться в сторону, противоположную движению воздуха. Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой воздух действует на шарик, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой шарик выталкивает воздух. Эта сила и вызывает ускорение шарика.