Номер 142, страница 28 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Второй закон Ньютона - номер 142, страница 28.

Условие.

142. Железный шарик, лежащий на столе, притягивается магнитом. Каким будет движение шарика — равномерным, ускоренным или равноускоренным?

Решение.

Движение железного шарика, притягиваемого магнитом, будет ускоренным. Рассмoтрим, почему это так, проанализировав действующие на шарик силы и сравнив возможные типы движения.

На шарик в горизонтальном направлении действуют две силы: сила притяжения со стороны магнита $F_{магн}$ и сила трения скольжения $F_{тр}$, направленная в противоположную сторону движению. Согласно второму закону Ньютона, ускорение шарика $a$ определяется равнодействующей силой $F_{равн}$:

$m \cdot a = F_{равн} = F_{магн} - F_{тр}$

где $m$ – масса шарика. Из этой формулы следует, что ускорение равно $a = \frac{F_{магн} - F_{тр}}{m}$.

Равномерное движение. Этот тип движения характеризуется постоянной скоростью ($v = \text{const}$) и нулевым ускорением ($a = 0$). Для этого необходимо, чтобы равнодействующая всех сил была равна нулю. Поскольку шарик притягивается и начинает двигаться, это означает, что сила притяжения магнита больше силы трения, следовательно, равнодействующая сила не равна нулю. Значит, движение не может быть равномерным.

Равноускоренное движение. Этот тип движения характеризуется постоянным ускорением ($a = \text{const}$). Для этого необходимо, чтобы равнодействующая сила, действующая на тело, была постоянной. Силу трения скольжения $F_{тр}$ можно считать приблизительно постоянной. Однако сила магнитного притяжения $F_{магн}$ не является постоянной. Она сильно зависит от расстояния между шариком и магнитом: чем меньше расстояние, тем больше сила притяжения. По мере движения шарика к магниту расстояние уменьшается, $F_{магн}$ возрастает, а значит, и равнодействующая сила $F_{равн}$ тоже возрастает. Следовательно, ускорение шарика $a$ не постоянно, а увеличивается. Таким образом, движение не является равноускоренным.

Ускоренное движение. Это общее название для любого движения, при котором скорость тела изменяется (увеличивается или уменьшается). Поскольку на шарик действует ненулевая, возрастающая равнодействующая сила, его скорость будет постоянно увеличиваться. Это и есть ускоренное движение. Так как ускорение не постоянно, то такое движение называют движением с переменным ускорением, что является частным случаем ускоренного движения.

Ответ: Движение шарика будет ускоренным. Оно не будет равномерным, так как на него действует сила, изменяющая его скорость. Оно также не будет равноускоренным, поскольку сила притяжения магнита (а значит и ускорение шарика) увеличивается по мере его приближения к магниту.