Номер 192, страница 35 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Третий закон Ньютона - номер 192, страница 35.

Условие.

► 192. Ученики, проводя эксперимент, подвесили колбу с водой на нити. В пробку колбы они вставили две изогнутые трубки (рис. 48). Затем с помощью спиртовки довели воду до кипения, в результате чего при выходе пара из трубок колба начала вращаться. Объясните результат эксперимента. Будет ли вращаться колба, если трубки изогнуть в одну сторону?

Рис. 48

Решение.

Объясните результат эксперимента.

При нагревании вода в колбе превращается в пар. Под действием высокого давления пар с большой скоростью выходит из изогнутых трубок. Этот процесс является примером реактивного движения, которое описывается третьим законом Ньютона. Согласно этому закону, сила действия равна силе противодействия ($ \vec{F_1} = -\vec{F_2} $). Сила, с которой пар выталкивается из трубки, — это сила действия. В ответ возникает сила противодействия (реактивная сила), с которой выходящий пар действует на трубку. Поскольку трубки изогнуты в противоположные стороны, реактивные силы, приложенные к ним, создают вращающий момент (пару сил). Этот момент заставляет колбу вращаться в направлении, противоположном направлению истечения пара.

Ответ: Колба начинает вращаться под действием реактивных сил, возникающих при выходе пара из трубок. Так как трубки направлены в противоположные стороны, эти силы создают вращающий момент, приводящий систему в движение.

Будет ли вращаться колба, если трубки изогнуть в одну сторону?

Если обе трубки изогнуть в одну и ту же пространственную сторону (например, обе вправо), то струи пара будут выходить из них параллельно. Соответственно, реактивные силы, действующие на трубки, также будут параллельны друг другу и направлены в противоположную сторону (влево). При симметричном расположении трубок относительно оси вращения (нити подвеса) эти две силы создадут два вращающих момента, равных по величине, но противоположных по направлению. Один момент будет стремиться повернуть колбу по часовой стрелке, а другой — против. Суммарный вращающий момент будет равен нулю, и вращение не возникнет. Однако, эти две силы сложатся, создав результирующую силу, которая будет толкать колбу в сторону, противоположную направлению выхода пара.

Ответ: Нет, колба вращаться не будет. Вращающие моменты от двух трубок будут взаимно компенсировать друг друга. Вместо вращения колба будет смещаться в сторону под действием суммарной реактивной силы.