Номер 5, страница 132, 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 5, страница 132.

Условие.

5. Поставьте опыт, изображённый на рисунке 15.1, и объясните его.

Рис. 15.1

Решение.

5. Поставьте опыт, изображённый на рисунке 15.1, и объясните его.

Для проведения опыта необходимо взять воздушный шарик, надуть его и, не завязывая отверстие, отпустить. Шарик начнет быстро и хаотично двигаться, пока из него не выйдет весь воздух.

Это явление является примером реактивного движения. Объяснение этого движения базируется на двух фундаментальных законах физики: третьем законе Ньютона и законе сохранения импульса.

1. С точки зрения третьего закона Ньютона: Воздух внутри надутого шарика находится под давлением, превышающим атмосферное. Когда отверстие открыто, шарик с силой выталкивает из себя струю воздуха. Согласно третьему закону Ньютона, на всякое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Следовательно, вырывающийся воздух действует на шарик с такой же по модулю, но противоположно направленной силой. Эта сила, называемая реактивной, и заставляет шарик двигаться в сторону, противоположную направлению истечения воздуха.

2. С точки зрения закона сохранения импульса: Система, состоящая из шарика и воздуха внутри него, в состоянии покоя имеет нулевой суммарный импульс. Когда шарик отпускают, воздух начинает вылетать из него в одну сторону, обладая некоторым импульсом $p_{воздуха}$. Так как система "шарик + воздух" является замкнутой (внешними силами, такими как сила тяжести и сопротивление воздуха, в первом приближении можно пренебречь), ее суммарный импульс должен оставаться равным нулю. Для этого шарик должен приобрести импульс $p_{шарика}$, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу вылетающего воздуха. Математически это выражается как:

$p_{шарика} + p_{воздуха} = 0$

или

$m_{шарика} \cdot \vec{v}_{шарика} = -m_{воздуха} \cdot \vec{v}_{воздуха}$

где $\text{m}$ — масса, а $\vec{v}$ — вектор скорости. Знак "минус" указывает на противоположность направлений движения шарика и выходящего воздуха. На этом же принципе основано движение ракет и кальмаров.

Ответ: Опыт демонстрирует реактивное движение. Когда из надутого шарика выходит воздух, он движется в сторону, противоположную направлению струи воздуха. Это происходит в соответствии с третьим законом Ньютона и законом сохранения импульса: вырывающийся воздух толкает шарик в обратном направлении.