Номер 6, страница 32 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тесты для самоконтроля. ТС-3. Законы Ньютона. Вариант 1 - номер 6, страница 32.

Условие.

6. На рисунке 46 представлен график изменения скорости тела с течением времени. На каком участке движения сумма всех сил, действующих на тело, не равна нулю и направлена в сторону скорости движения тела?

Рис. 46

Решение.

Решение

Для ответа на вопрос проанализируем каждый участок движения, используя второй закон Ньютона. Согласно этому закону, векторная сумма всех сил, действующих на тело (равнодействующая сила $ \vec{F}_{равн} $), равна произведению массы тела $\text{m}$ на его ускорение $ \vec{a} $: $ \vec{F}_{равн} = m \cdot \vec{a} $.

Из этой формулы следует два важных вывода для решения задачи:
1. Сумма сил не равна нулю ($ \vec{F}_{равн} \neq 0 $) тогда и только тогда, когда ускорение тела не равно нулю ($ \vec{a} \neq 0 $). На графике зависимости скорости от времени ($v-t$) ускорение определяется наклоном графика. Если график не является горизонтальной линией, ускорение не равно нулю.
2. Направление равнодействующей силы $ \vec{F}_{равн} $ всегда совпадает с направлением ускорения $ \vec{a} $. Таким образом, условие "сумма сил... направлена в сторону скорости движения тела" означает, что вектор ускорения $ \vec{a} $ сонаправлен с вектором скорости $ \vec{v} $. Это происходит, когда модуль скорости тела увеличивается (тело разгоняется).

Теперь рассмотрим каждый участок на графике:

Участок А: График представляет собой прямую, идущую вверх. Это означает, что скорость тела $\text{v}$ равномерно увеличивается. Раз скорость увеличивается, значит, ускорение $\text{a}$ положительно ($ a > 0 $) и сонаправлено со скоростью. Поскольку $ a \neq 0 $, то и равнодействующая сила $ F_{равн} $ не равна нулю и также сонаправлена со скоростью. Таким образом, этот участок полностью удовлетворяет условиям задачи.

Участок Б: График представляет собой горизонтальную прямую. Это означает, что скорость тела $\text{v}$ постоянна ($ v = \text{const} $). Следовательно, ускорение тела равно нулю ($ a = 0 $). Согласно второму закону Ньютона, если ускорение равно нулю, то и равнодействующая сила равна нулю ($ F_{равн} = 0 $). Этот участок не удовлетворяет условию "сумма всех сил... не равна нулю".

Участок B: График представляет собой прямую, идущую вниз. Это означает, что скорость тела $\text{v}$ равномерно уменьшается. Так как тело тормозит, его ускорение $\text{a}$ отрицательно ($ a < 0 $) и направлено в сторону, противоположную скорости (которая все еще положительна). Поскольку $ a \neq 0 $, равнодействующая сила $ F_{равн} $ не равна нулю, но ее направление противоположно направлению скорости. Этот участок не удовлетворяет условию "сумма сил... направлена в сторону скорости".

Следовательно, единственным участком, на котором сумма всех сил не равна нулю и направлена в сторону скорости движения, является участок А.

Ответ: участок А.