Номер 2, страница 13 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-5. Законы Ньютона - номер 2, страница 13.

Условие.

2. Почему тяжело гружённый вагон, прицепленный к пассажирскому поезду, делает ход поезда более плавным?

Решение.

Решение

Плавность хода поезда характеризуется тем, насколько равномерно он движется, то есть насколько малы и резки изменения его скорости. Это явление объясняется одним из фундаментальных законов физики — вторым законом Ньютона и понятием инерции.

Инерция — это свойство тела сопротивляться изменению своего состояния движения. Мерой инертности тела является его масса. Чем больше масса тела, тем больше его инертность, и тем труднее изменить его скорость.

Согласно второму закону Ньютона, ускорение $\text{a}$, которое приобретает тело, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к нему сил $\text{F}$ и обратно пропорционально его массе $\text{m}$:

$a = \frac{F}{m}$

Во время движения поезда на него действуют различные силы, которые могут быть непостоянными: сила тяги локомотива, силы сопротивления (трение о рельсы, сопротивление воздуха), а также толчки на стыках рельсов и неровностях пути. Эти изменяющиеся силы $\text{F}$ вызывают изменения скорости, то есть создают ускорения. Резкие изменения ускорения ощущаются пассажирами как толчки и рывки, что делает ход поезда менее плавным.

Присоединение тяжело гружённого вагона значительно увеличивает общую массу поезда $\text{m}$. Из формулы второго закона Ньютона видно, что при одной и той же величине внешней силы $\text{F}$ (например, сила толчка на стыке рельсов), ускорение $\text{a}$ будет значительно меньше для поезда с большей массой. Таким образом, массивный поезд становится более "устойчивым" к внешним воздействиям, его скорость изменяется медленнее и плавнее.

Ответ: Тяжело гружённый вагон увеличивает общую массу и, следовательно, инертность всего поезда. В соответствии со вторым законом Ньютона ($a = F/m$), при увеличении массы ($\text{m}$) для изменения скорости поезда требуется большая сила ($\text{F}$) или большее время. Поэтому внешние силы, такие как толчки на стыках рельсов или небольшие колебания силы тяги, вызывают меньшие изменения в скорости (меньшие ускорения), что делает ход поезда более плавным и комфортным.