Номер 5, страница 11 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-4. Относительность движения - номер 5, страница 11.

Условие.

5. Почему дождевые капли в безветренную погоду оставляют наклонные прямые полосы на стёклах равномерно движущегося железнодорожного вагона?

Решение.

Это явление объясняется принципом относительности движения и правилом сложения скоростей. Движение дождевой капли нужно рассматривать в системе отсчета, связанной с движущимся вагоном.

В безветренную погоду относительно земли дождевые капли падают вертикально вниз. Обозначим вектор их скорости как $\vec{v}_{к}$. Железнодорожный вагон движется равномерно и прямолинейно в горизонтальном направлении. Обозначим вектор его скорости как $\vec{v}_{в}$.

Для наблюдателя, находящегося в вагоне, капля дождя участвует одновременно в двух движениях: в вертикальном падении (со скоростью $\vec{v}_{к}$) и в горизонтальном движении, направленном в сторону, противоположную движению вагона (со скоростью $-\vec{v}_{в}$).

Скорость капли относительно вагона $\vec{v}_{отн}$ является векторной суммой этих двух скоростей:

$\vec{v}_{отн} = \vec{v}_{к} + (-\vec{v}_{в})$

Поскольку вектор скорости падения $\vec{v}_{к}$ направлен вертикально, а вектор $-\vec{v}_{в}$ — горизонтально, результирующий вектор $\vec{v}_{отн}$ направлен под углом к вертикали. Это объясняет, почему полосы на стекле наклонные.

Вагон движется равномерно, то есть его скорость $\vec{v}_{в}$ постоянна. Скорость падения дождевых капель $\vec{v}_{к}$ после короткого периода ускорения также становится постоянной (так называемая установившаяся скорость). Следовательно, результирующая скорость капли относительно вагона $\vec{v}_{отн}$ является постоянной и по величине, и по направлению. Движение с постоянной скоростью происходит по прямой линии. Это объясняет, почему полосы на стекле прямые.

Таким образом, наклонные прямые полосы на стекле вагона — это визуализация траектории движения капель относительно вагона.

Ответ: Наклонные прямые полосы на стеклах вагона являются видимой траекторией движения дождевых капель в системе отсчета, связанной с движущимся вагоном. Эта траектория является результатом сложения двух взаимно перпендикулярных движений: вертикального падения капель и горизонтального движения вагона. Поскольку оба движения равномерные (скорости постоянны), результирующая скорость капель относительно вагона постоянна по величине и направлению, что и приводит к образованию прямых наклонных линий.