Номер 4, страница 13 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-5. Законы Ньютона - номер 4, страница 13.

Условие.

4. Забить гвоздь в фанерную стенку трудно — при ударе фанера прогибается. Однако гвоздь удаётся забить, если с противоположной стороны стенки поместить массивное тело. Объясните это явление.

Решение.

Решение

Это явление объясняется на основе понятий инерции и второго закона Ньютона. Рассмотрим две ситуации.

1. Без массивной опоры. При ударе молотком по гвоздю, гвоздь начинает давить на фанерную стенку. Фанера, как правило, является тонким и гибким материалом с небольшой массой. Поэтому вместо того, чтобы гвоздь проникал вглубь материала, значительная часть энергии удара тратится на то, чтобы привести в движение и деформировать (прогнуть) саму фанеру. Фанера вместе с гвоздем смещается, поглощая энергию удара, и сила, действующая на острие гвоздя, оказывается недостаточной для преодоления сопротивления волокон древесины.

2. С массивной опорой. Когда с противоположной стороны к фанере прижимают массивное тело (например, тяжелый молоток, кирпич или наковальню), мы создаем систему "фанера + массивное тело". Масса этой системы в точке контакта значительно возрастает. Согласно второму закону Ньютона, ускорение, получаемое телом, обратно пропорционально его массе при заданной силе: $a = F/m$. Из-за очень большой массы $\text{m}$ системы, ее ускорение $\text{a}$ при ударе будет ничтожно малым. Массивное тело, в силу своей большой инерции (свойства тела сопротивляться изменению своего состояния движения), практически остается на месте. Оно служит жесткой опорой, не позволяя фанере прогибаться.

В результате этого почти вся энергия удара молотка концентрируется в очень малой области на острие гвоздя. Эта энергия идет на совершение работы по разрушению связей между волокнами древесины, и гвоздь легко входит в фанеру.

Ответ: Прикладывание массивного тела с обратной стороны стенки резко увеличивает общую массу в месте удара. Вследствие большой инерции эта область практически не сдвигается и не деформируется. В результате энергия удара молотка не рассеивается на изгиб фанеры, а концентрируется на острие гвоздя, что позволяет ему преодолеть сопротивление материала и быть забитым.