Номер 1, страница 63 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Динамика. Параграф 12. Третий закон Ньютона. Обсудить в классе - номер 1, страница 63.

Условие.

1. Почему футбольный вратарь, блокируя сильный удар нападающего, сначала отбивает мяч ладонями, а лишь затем берёт его в руки?

Решение.

1. Это действие вратаря объясняется законами физики, в частности, вторым законом Ньютона в импульсной форме. Сильный удар сообщает мячу большую скорость и, следовательно, большой импульс (количество движения), который равен произведению массы мяча $\text{m}$ на его скорость $\text{v}$: $p = m \cdot v$.

Чтобы остановить мяч, вратарь должен погасить этот импульс, то есть изменить его до нуля. Изменение импульса $\Delta p$ связано с силой $\text{F}$, действующей на мяч, и временем её действия $\Delta t$ соотношением: $F \cdot \Delta t = \Delta p$.

Из этой формулы можно выразить среднюю силу, с которой мяч действует на руки вратаря (и наоборот, по третьему закону Ньютона): $F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$. Величина изменения импульса $\Delta p$ в данном случае постоянна (нужно уменьшить начальный импульс мяча до нуля). Следовательно, сила удара $\text{F}$ обратно пропорциональна времени взаимодействия $\Delta t$.

Если вратарь попытается сразу жёстко поймать быстро летящий мяч, время соударения $\Delta t$ будет очень малым. Это приведёт к возникновению очень большой силы $\text{F}$, которая может не только причинить боль и травмировать руки (например, выбить пальцы), но и помешать надёжно зафиксировать мяч — он может просто выскочить из рук.

Отбивая мяч ладонями и совершая небольшое амортизирующее движение руками назад, вратарь сознательно увеличивает время взаимодействия $\Delta t$. Увеличение времени приводит к существенному уменьшению силы удара $\text{F}$. Этот первый контакт гасит основную часть кинетической энергии и импульса мяча. После этого мяч летит со значительно меньшей скоростью, и его уже можно легко и безопасно поймать, приложив гораздо меньшее усилие.

Таким образом, разделение процесса остановки мяча на два этапа (гашение скорости и затем фиксация) позволяет вратарю безопасно и эффективно справиться с сильным ударом.

Ответ: Вратарь сначала отбивает мяч ладонями, чтобы увеличить время своего взаимодействия с мячом. Согласно второму закону Ньютона в импульсной форме ($F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$), увеличение времени взаимодействия ($\Delta t$) при гашении импульса мяча ($\Delta p$) позволяет значительно снизить силу удара ($\text{F}$), действующую на руки. Это предотвращает травмы и позволяет надёжнее контролировать и ловить мяч.