Номер 3, страница 14 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел. Самостоятельные работы. СР-11. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона. Вариант 1 - номер 3, страница 14.

Условие.

3. В вагоне поезда, движущемся равномерно и прямолинейно, на столике лежит теннисный мяч. Что произойдёт с мячом, если поезд начнёт тормозить? Будет ли выполняться первый закон Ньютона в системе отсчёта, связанной с поездом:

а) во время его прямолинейного и равномерного движения;

б) во время торможения?

Решение.

Решение

Когда поезд начнёт тормозить, он будет двигаться с отрицательным ускорением. Теннисный мяч, находящийся на столике, по инерции будет стремиться сохранить свою первоначальную скорость. Так как поезд замедляется, а мяч (в идеальном случае, без учёта трения) продолжает двигаться с прежней скоростью относительно земли, для наблюдателя в вагоне мяч покатится вперёд, в направлении движения поезда.

Ответ: Мяч покатится по столику вперёд по ходу движения поезда.

Далее ответим на вопрос о выполнении первого закона Ньютона. Первый закон Ньютона (закон инерции) справедлив только для инерциальных систем отсчёта (ИСО) — то есть для систем, которые покоятся или движутся прямолинейно и равномерно. Системы отсчета, движущиеся с ускорением, являются неинерциальными.

а) во время его прямолинейного и равномерного движения
Когда поезд движется прямолинейно и равномерно, его ускорение равно нулю ($a=0$). Следовательно, система отсчёта, связанная с поездом, является инерциальной. В такой системе отсчёта первый закон Ньютона выполняется. На покоящийся мяч действуют скомпенсированные силы (сила тяжести и сила реакции опоры), и он сохраняет состояние покоя относительно поезда, что соответствует закону.
Ответ: Да, будет выполняться, так как система отсчёта, связанная с равномерно и прямолинейно движущимся поездом, является инерциальной.

б) во время торможения
Во время торможения поезд движется с ускорением ($a \ne 0$), направленным против движения. Такая система отсчёта является неинерциальной. В неинерциальных системах отсчёта первый закон Ньютона в его классической формулировке не выполняется. Для наблюдателя в поезде мяч начинает двигаться с ускорением вперёд, хотя на него в горизонтальном направлении не действуют никакие реальные силы (пренебрегая трением). Это явление, когда тело изменяет свою скорость без видимого силового воздействия, противоречит первому закону Ньютона.
Ответ: Нет, не будет выполняться, так как система отсчёта, связанная с тормозящим поездом, является неинерциальной.