Номер 174, страница 32 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Третий закон Ньютона. Законы движения и взаимодействия тел - номер 174, страница 32.

174. Лошадь тянет сани. Рассмотрите взаимодействия тел: лошадь — сани, лошадь — земля, сани — земля. Объясните, почему движутся сани.

Лошадь — сани

Между лошадью и санями возникает пара сил взаимодействия. Лошадь тянет сани вперед с силой тяги $F_{т}$. Одновременно, согласно третьему закону Ньютона, сани тянут лошадь назад с силой $F'_{т}$, которая равна по модулю силе тяги ($|F_{т}| = |F'_{т}|$) и противоположна ей по направлению. Важно отметить, что эти силы приложены к разным телам (сила $F_{т}$ приложена к саням, а сила $F'_{т}$ — к лошади), поэтому они не могут уравновесить друг друга.

Лошадь — земля

Чтобы начать движение, лошадь отталкивается копытами от земли, действуя на нее с силой, направленной назад. По третьему закону Ньютона, земля в ответ действует на лошадь с равной по модулю, но противоположной по направлению силой $F_{дв}$. Эта сила (сила трения покоя) направлена вперед и является внешней движущей силой, которая и позволяет лошади двигаться вперед, преодолевая сопротивление.

Сани — земля

Когда сани движутся, между их полозьями и поверхностью земли возникает сила трения скольжения $F_{тр}$. Эта сила всегда направлена в сторону, противоположную движению, и является силой сопротивления, которая замедляет сани.

Объяснение, почему движутся сани

Движение любого тела определяется равнодействующей (векторной суммой) всех сил, приложенных к этому телу. Рассмотрим силы, действующие на сани в горизонтальном направлении: это сила тяги $F_{т}$ со стороны лошади, направленная вперед, и сила трения $F_{тр}$ со стороны земли, направленная назад.

Сани придут в движение и будут двигаться с ускорением только в том случае, если сила тяги, которую развивает лошадь, будет больше силы трения, действующей на сани. Математически это условие выглядит так: $F_{т} > F_{тр}$.

Лошадь, в свою очередь, способна создать эту силу тяги и двигаться вперед только тогда, когда движущая сила $F_{дв}$ (с которой земля толкает ее вперед) превосходит силу сопротивления $F'_{т}$ (с которой сани тянут ее назад).

Таким образом, первопричиной движения всей системы является взаимодействие лошади с землей. Лошадь отталкивается от земли, а земля толкает лошадь вперед. Эта внешняя движущая сила позволяет всей системе (лошадь + сани) преодолеть внешнюю силу сопротивления (трение саней о землю) и прийти в движение. Силы взаимодействия между лошадью и санями являются внутренними для этой системы.

Ответ: Сани движутся потому, что сила тяги, с которой лошадь тянет их вперед, оказывается больше силы трения, действующей на сани со стороны земли. Сама же возможность создания этой силы тяги обусловлена тем, что лошадь отталкивается от земли, а земля в ответ толкает лошадь вперед с силой, достаточной для преодоления всех сил сопротивления.