Номер 2, страница 35 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

2. Почему быстро движущееся тело при столкновении с препятствием разрушается?

2. Решение

Разрушение быстро движущегося тела при столкновении с препятствием объясняется фундаментальными законами физики, в частности, через понятия импульса и кинетической энергии. Рассмотрим оба аспекта.

1. С точки зрения импульса и силы.
Любое движущееся тело обладает импульсом, который является произведением его массы $\text{m}$ на скорость $\text{v}$: $p = mv$. У быстро движущегося тела начальный импульс имеет большую величину.

При столкновении с препятствием тело останавливается, то есть его скорость за очень короткий промежуток времени $\Delta t$ уменьшается до нуля. Следовательно, импульс тела также изменяется от начального значения $p_1 = mv$ до конечного $p_2 = 0$. Изменение импульса составляет $\Delta p = p_2 - p_1 = 0 - mv = -mv$.

Согласно второму закону Ньютона в импульсной форме, изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей на него: $\Delta p = F \cdot \Delta t$, где $\text{F}$ — это средняя сила, с которой препятствие действует на тело во время столкновения.

Из этой формулы можно выразить силу: $F = \frac{\Delta p}{\Delta t} = \frac{-mv}{\Delta t}$.

Величина силы удара $\text{F}$ обратно пропорциональна времени столкновения $\Delta t$. Поскольку при столкновении с твёрдым препятствием (например, стеной) остановка происходит почти мгновенно, время $\Delta t$ очень мало. Деление большой величины изменения импульса на очень малое время приводит к тому, что сила $\text{F}$ достигает огромных значений. Эта гигантская сила вызывает в материале тела напряжения, которые превышают его предел прочности, что и приводит к необратимым деформациям и разрушению.

2. С точки зрения энергии.
Движущееся тело обладает кинетической энергией, которая вычисляется по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Кинетическая энергия зависит от квадрата скорости, поэтому у быстро движущегося тела она очень велика.

В момент столкновения, в соответствии с законом сохранения энергии, эта огромная кинетическая энергия не исчезает, а переходит в другие формы. Основная её часть расходуется на совершение работы по деформации и разрушению самого тела и, в некоторой степени, препятствия. Часть энергии также переходит в тепло (нагрев в месте удара) и звук.

Для того чтобы разрушить тело, нужна энергия. У быстро движущегося объекта этой энергии более чем достаточно. Вся она высвобождается в малом объеме и за короткое время, что и приводит к фатальным последствиям для целостности тела.

Ответ: Быстро движущееся тело при столкновении с препятствием разрушается из-за того, что оно обладает большим импульсом и большой кинетической энергией. При резкой остановке за очень короткое время это приводит к возникновению колоссальной силы удара, которая превышает предел прочности материала тела. Одновременно с этим огромная кинетическая энергия тела расходуется на работу по его деформации и разрушению.