Номер 2, страница 76 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Динамика. Параграф 16. Реактивное движение. Вопросы - номер 2, страница 76.

Условие.

2. В опыте, изображённом на рисунке 2.21, при вытекании воды через изогнутые трубки ведёрко вращается в направлении, указанном стрелкой. Объясните явление.

Рис. 2.21

Решение.

2. Явление, наблюдаемое в опыте, представляет собой реактивное движение. Это движение возникает, когда от тела с некоторой скоростью отделяется его часть. Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса или третьего закона Ньютона.

Объяснение с точки зрения закона сохранения импульса:

Система, состоящая из ведёрка и воды, является замкнутой (в горизонтальной плоскости), так как внешние силы (сила тяжести и сила натяжения нити) скомпенсированы и не создают вращающего момента. В начальный момент времени ведёрко с водой покоится, поэтому суммарный импульс системы равен нулю.

Когда вода начинает вытекать из трубок, струи воды приобретают импульс, направленный по касательной к траектории вращения в одну сторону (например, по часовой стрелке). Пусть за малый промежуток времени $\Delta t$ из трубок вытекает масса воды $\Delta m$ со скоростью $\vec{v}$. Импульс этой порции воды равен $\Delta \vec{p}_{воды} = \Delta m \cdot \vec{v}$.

Согласно закону сохранения импульса, полный импульс замкнутой системы должен оставаться неизменным, то есть равным нулю. Для этого ведёрко с оставшейся водой должно приобрести импульс $\Delta \vec{p}_{ведёрка}$, который равен по модулю и противоположен по направлению импульсу вытекшей воды:

$\Delta \vec{p}_{ведёрка} + \Delta \vec{p}_{воды} = 0$

$\Delta \vec{p}_{ведёрка} = - \Delta \vec{p}_{воды}$

Таким образом, ведёрко начинает двигаться в сторону, противоположную направлению истечения воды. Поскольку вода вытекает непрерывно, на ведёрко действует постоянная реактивная сила, которая создает вращающий момент и заставляет его вращаться в направлении, указанном стрелкой.

Объяснение с точки зрения третьего закона Ньютона:

Вода, вытекая из трубок, действует на них с определённой силой (сила противодействия), которая направлена в сторону, противоположную скорости истечения струй. Согласно третьему закону Ньютона, сила действия (с которой стенки трубок выталкивают воду) равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Именно эта сила противодействия, приложенная к трубкам (и, следовательно, к ведёрку), заставляет всю систему вращаться.

Ответ: Вращение ведёрка — это проявление реактивного движения, основанного на законе сохранения импульса. При вытекании воды она приобретает импульс в одном направлении, а ведёрко, для сохранения общего нулевого импульса системы, приобретает равный по модулю и противоположный по направлению импульс, что и вызывает его вращение.