Задание 2, страница 200, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Лабораторные работы. 5. Измерение равнодействующей приложенных к телу сил при равномерном движении тела по окружности - страница 200.

Условие.

Задание 2. Определение направления равнодействующей сил, действующих на груз.

• Сделайте в тетради схематический чертёж, на котором укажите все силы, действующие на шарик, равномерно движущийся по окружности. Укажите направление ускорения шарика и направление равнодействующей приложенных к нему сил.

Решение.

Сделайте в тетради схематический чертёж, на котором укажите все силы, действующие на шарик, равномерно движущийся по окружности. Укажите направление ускорения шарика и направление равнодействующей приложенных к нему сил.

Решение

Равномерное движение по окружности — это движение, при котором модуль скорости тела остаётся постоянным ($v = const$), но направление вектора скорости $\vec{v}$ непрерывно изменяется. Поскольку вектор скорости меняется, тело движется с ускорением.

При равномерном движении по окружности это ускорение называется центростремительным ($\vec{a}_ц$). Вектор центростремительного ускорения в любой точке траектории направлен по радиусу к центру окружности.

Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил $\vec{F}_{равн}$, приложенных к телу, связана с его массой $\text{m}$ и ускорением $\vec{a}$ соотношением:

$\vec{F}_{равн} = m\vec{a}$

Из этой формулы следует, что вектор равнодействующей силы $\vec{F}_{равн}$ всегда сонаправлен с вектором ускорения $\vec{a}$. Так как при равномерном движении по окружности ускорение ($\vec{a} = \vec{a}_ц$) направлено к центру, то и равнодействующая всех сил также направлена к центру окружности.

Для создания схематического чертежа рассмотрим пример шарика, который вращается на нити в горизонтальной плоскости (конический маятник). На него действуют две основные силы:

1. Сила тяжести ($m\vec{g}$), направленная вертикально вниз.

2. Сила натяжения нити ($\vec{T}$), направленная вдоль нити к точке подвеса.

На чертеже необходимо изобразить шарик на окружности. Из центра шарика нарисовать вектор силы тяжести $m\vec{g}$ вниз и вектор силы натяжения нити $\vec{T}$ вдоль нити. Векторная сумма этих двух сил ($\vec{F}_{равн} = m\vec{g} + \vec{T}$) и будет являться равнодействующей силой. По правилу сложения векторов она будет направлена горизонтально к центру окружности. Вектор ускорения $\vec{a}_ц$ будет сонаправлен вектору равнодействующей силы $\vec{F}_{равн}$.

Таким образом, на чертеже должны быть указаны:

• Силы: сила тяжести $m\vec{g}$ (вниз) и сила натяжения нити $\vec{T}$ (вдоль нити).
• Направление ускорения $\vec{a}_ц$: по радиусу к центру окружности.
• Направление равнодействующей силы $\vec{F}_{равн}$: по радиусу к центру окружности, в ту же сторону, что и ускорение.

Ответ: На шарик, равномерно движущийся по окружности, действуют силы, равнодействующая которых направлена по радиусу к центру окружности. Ускорение шарика (центростремительное) также всегда направлено по радиусу к центру окружности.