Номер 1, страница 13 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-5. Законы Ньютона - номер 1, страница 13.

Условие.

1. Когда трамвай резко трогается с места, пассажиры отклоняются назад. При внезапном торможении они отклоняются вперёд. Не противоречит ли это первому закону Ньютона, ведь никакие силы дополнительно при этом на пассажиров не действуют?

Решение.

Описанное явление не противоречит первому закону Ньютона, а наоборот, является его прямой иллюстрацией. Этот закон, также известный как закон инерции, гласит, что всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.

Ключевым моментом здесь является то, что первый закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчёта (ИСО) — системах, которые покоятся или движутся равномерно и прямолинейно. Трамвай, который резко трогается или тормозит, движется с ускорением и, следовательно, является неинерциальной системой отсчёта. Чтобы правильно проанализировать ситуацию, нужно рассматривать её с точки зрения ИСО, например, связанной с землёй.

Когда трамвай резко трогается с места, его пол начинает двигаться вперёд. Сила трения, действующая на обувь пассажира, заставляет его ноги также двигаться вперёд. Однако верхняя часть тела пассажира, по закону инерции, стремится сохранить своё первоначальное состояние покоя. В результате ноги «уезжают» вперёд вместе с трамваем, а туловище «отстаёт», что и воспринимается как отклонение назад относительно вагона.

При внезапном торможении ситуация обратная. И пассажир, и трамвай движутся с постоянной скоростью. Когда трамвай начинает тормозить, его пол и, соответственно, ноги пассажира замедляют своё движение. Но туловище пассажира по инерции продолжает двигаться вперёд с прежней скоростью. Это приводит к тому, что пассажир наклоняется вперёд относительно трамвая.

Таким образом, отклонение пассажиров вызвано не действием неких дополнительных сил, а проявлением инерции их тел — свойством сохранять свою скорость неизменной. В обоих случаях тело пассажира стремится сохранить свою скорость, в то время как система отсчёта, связанная с трамваем, изменяет свою скорость.

Ответ: Описанные явления не противоречат первому закону Ньютона. Они являются следствием инерции — свойства тел сохранять состояние своего движения. Тело пассажира стремится сохранить свою скорость (покоя или равномерного движения), в то время как скорость трамвая, являющегося неинерциальной системой отсчёта, изменяется. Это и приводит к видимому отклонению пассажира в сторону, противоположную ускорению трамвая.