Задание 5, страница 214 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Домашние экспериментальные задания - страница 214.

Условие.

Задание 5

Проявление инертности тела

Цель: углубление понятия инертности тела.

Порядок выполнения

1. Подвесьте на нити свой школьный рюкзак, снизу привяжите такую же нить (рис. 207). Прочность нити должна быть достаточной, чтобы выдерживать вес рюкзака.

2. Приложите к нижней нити силу, направленную вниз, причём силу натяжения нижней нити увеличивайте постепенно, пока не разорвётся одна из нитей. Какая нить разорвалась, верхняя или нижняя? Почему?

3. Повторите опыт, но теперь на нижнюю нить подействуйте резким рывком. Какая нить разрывается в этом случае? Почему?

4. Сделайте письменный отчёт о проведённом эксперименте с полным объяснением полученных результатов.

Рис. 207. К заданию 5

Решение.

2. Приложите к нижней нити силу, направленную вниз, причём силу натяжения нижней нити увеличивайте постепенно, пока не разорвётся одна из нитей. Какая нить разорвалась, верхняя или нижняя? Почему?

При медленном и постепенном натяжении нижней нити на неё действует приложенная сила $F_{прил}$. Сила натяжения нижней нити будет равна этой силе: $T_{нижняя} = F_{прил}$.

Верхняя нить в этот момент удерживает вес рюкзака $\text{P}$ и дополнительно испытывает натяжение, создаваемое силой, приложенной к нижней нити. Таким образом, сила натяжения верхней нити равна сумме веса рюкзака и силы натяжения нижней нити: $T_{верхняя} = P + T_{нижняя}$.

Поскольку сила натяжения верхней нити $T_{верхняя}$ всегда больше силы натяжения нижней нити $T_{нижняя}$ (на величину веса рюкзака $\text{P}$), то при постепенном увеличении приложенной силы именно верхняя нить достигнет своего предела прочности и разорвётся первой.

Ответ: Разорвётся верхняя нить, так как она испытывает нагрузку, равную сумме веса рюкзака и силы, приложенной к нижней нити.

3. Повторите опыт, но теперь на нижнюю нить подействуйте резким рывком. Какая нить разрывается в этом случае? Почему?

При резком рывке нижней нити проявляется свойство инертности рюкзака. Инертность — это свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Рюкзак обладает массой, а значит, и инертностью.

Когда мы резко дёргаем за нижнюю нить, мы пытаемся сообщить ей очень большое ускорение за короткий промежуток времени. Из-за инертности рюкзак не успевает прийти в движение и передать эту нагрузку на верхнюю нить. Почти вся сила рывка концентрируется на нижней нити, и её натяжение резко возрастает, превышая предел прочности. Верхняя нить в этот момент продолжает испытывать натяжение, равное практически только весу рюкзака.

Таким образом, нижняя нить рвётся, а рюкзак практически не сдвигается с места.

Ответ: Разорвётся нижняя нить, так как из-за инертности рюкзак не успеет сдвинуться с места, и сила рывка не передастся на верхнюю нить.

4. Сделайте письменный отчёт о проведённом эксперименте с полным объяснением полученных результатов.

Отчёт о проведении эксперимента «Проявление инертности тела»

Цель эксперимента: Углубление понятия инертности тела и демонстрация её проявлений на практике.

Оборудование: Рюкзак, две одинаковые по прочности нити.

Ход эксперимента и результаты:

Опыт 1: Постепенное натяжение.

Рюкзак был подвешен на одной нити (верхней), а ко дну рюкзака была привязана вторая нить (нижняя). К нижней нити прикладывалась медленно возрастающая сила, направленная вертикально вниз.

Наблюдение: В ходе опыта разорвалась верхняя нить.

Объяснение: В состоянии равновесия или при медленном движении сила натяжения верхней нити $T_{верхняя}$ уравновешивает вес рюкзака $\text{P}$ и силу натяжения нижней нити $T_{нижняя}$. Следовательно, $T_{верхняя} = P + T_{нижняя}$. Так как натяжение верхней нити всегда было больше натяжения нижней, именно она разорвалась при достижении критической нагрузки.

Опыт 2: Резкий рывок.

Эксперимент был повторён в той же сборке, но на этот раз за нижнюю нить был произведён резкий и сильный рывок.

Наблюдение: В ходе опыта разорвалась нижняя нить.

Объяснение: Этот результат объясняется инертностью рюкзака. Массивный рюкзак стремится сохранить своё состояние покоя. При резком рывке (то есть приложении большой силы за очень короткое время) нижняя нить испытывает огромное натяжение. Рюкзак, в силу своей инертности, не успевает сместиться и передать это усилие на верхнюю нить. В результате натяжение нижней нити мгновенно превышает её предел прочности, и она рвётся, в то время как натяжение верхней нити практически не успевает измениться.

Вывод: Данный эксперимент наглядно демонстрирует, что инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. В зависимости от того, как прикладывается сила (медленно или быстро), результат взаимодействия может быть различным именно из-за инертности массивного тела, включённого в систему.

Ответ: Проведённый эксперимент показывает, что при медленном приложении силы рвётся та нить, которая испытывает большую статическую нагрузку (верхняя), а при резком рывке рвётся та нить, к которой приложена сила (нижняя), так как инертность массивного тела (рюкзака) не позволяет силе мгновенно передаться по системе.