Номер 2, страница 56 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава II. Динамика. Параграф 12. Реактивное движение - номер 2, страница 56.

Условие.

2. Объясните, почему оболочка воздушного шарика движется противоположно струе выходящего из него воздуха.

Решение.

Движение воздушного шарика, из которого выходит воздух, является примером реактивного движения. Это явление можно объяснить с помощью закона сохранения импульса.

Рассмотрим систему, состоящую из оболочки шарика и воздуха внутри него. До того как воздух начнет выходить, шарик покоится, и, следовательно, суммарный импульс этой системы равен нулю.

Когда мы отпускаем шарик, сжатый воздух начинает с большой скоростью вырываться наружу. Эта струя воздуха имеет массу и скорость, а значит, обладает импульсом, направленным в сторону своего движения.

Поскольку на систему «шарик + воздух» в горизонтальном направлении не действуют внешние силы (силой сопротивления воздуха можно пренебречь), ее суммарный импульс должен сохраняться, то есть оставаться равным нулю. Чтобы это условие выполнялось, оболочка шарика должна приобрести импульс, равный по величине, но противоположный по направлению импульсу вылетающей струи воздуха.

Математически закон сохранения импульса для этой системы выглядит так:

$p_{до} = p_{после}$

$0 = m_{ш} \cdot \vec{v}_{ш} + m_{в} \cdot \vec{v}_{в}$

где $m_{ш}$ и $\vec{v}_{ш}$ — масса и скорость шарика, а $m_{в}$ и $\vec{v}_{в}$ — масса и скорость вырвавшегося воздуха. Из этого уравнения следует, что $\vec{v}_{ш} = - \frac{m_{в}}{m_{ш}} \vec{v}_{в}$. Знак «минус» как раз и означает, что вектор скорости шарика направлен в сторону, противоположную вектору скорости воздуха.

Также это явление можно объяснить с помощью третьего закона Ньютона. Оболочка шарика действует на воздух с силой, выталкивая его наружу. Согласно третьему закону Ньютона, воздух действует на оболочку шарика с точно такой же по модулю, но противоположно направленной силой (силой реакции). Эта сила и толкает шарик в обратном направлении.

Ответ: Оболочка воздушного шарика движется в направлении, противоположном струе выходящего воздуха, в соответствии с законом сохранения импульса. Так как начальный импульс системы «шарик-воздух» был равен нулю, то при вылете струи воздуха, обладающей импульсом, шарик приобретает равный по модулю и противоположный по направлению импульс, чтобы суммарный импульс системы остался нулевым.