Номер 200, страница 36 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Свободное падение тел - номер 200, страница 36.

Условие.

200. Как сравнивать массы тел при свободном падении космического корабля, пользуясь рычажными весами; пружинными весами?

Решение.

Во время свободного падения космический корабль и все находящиеся в нем тела движутся с одинаковым ускорением, равным ускорению свободного падения. Это состояние называется невесомостью. В состоянии невесомости вес любого тела, то есть сила, с которой оно действует на опору или подвес, равен нулю. Рассмотрим, как это влияет на работу весов.

Пользуясь рычажными весами

Принцип действия рычажных весов основан на сравнении моментов сил, создаваемых весами тел, помещенных на чаши. Для равноплечих весов ($l_1 = l_2$) условием равновесия является равенство сил тяжести (весов), действующих на чаши: $P_1 = P_2$. Так как вес $P = mg$, то из равенства весов следует и равенство масс: $m_1g = m_2g$, что означает $m_1 = m_2$.

В условиях невесомости вес любого тела равен нулю ($P=0$). Следовательно, на обе чаши весов не будет действовать никакая сила. Моменты сил, создаваемые телами, будут равны нулю независимо от их массы. В результате весы окажутся в состоянии безразличного равновесия — их коромысло останется в любом положении, в которое его поместить. Таким образом, определить, равны ли массы, или какая из них больше, невозможно.

Ответ: Сравнить массы тел с помощью рычажных весов в состоянии свободного падения невозможно, так как из-за невесомости весы будут находиться в состоянии безразличного равновесия при любых массах на их чашах.

Пользуясь пружинными весами

Пружинные весы измеряют вес тела, определяя степень деформации (растяжения) пружины. Согласно закону Гука, сила упругости, возникающая в пружине, пропорциональна ее удлинению: $F_{упр} = k \Delta x$. В состоянии покоя вес тела $P = mg$ уравновешивается силой упругости: $mg = k \Delta x$. Шкала весов проградуирована для измерения массы в условиях земной гравитации.

В состоянии свободного падения вес тела равен нулю ($P=0$). Следовательно, тело, помещенное на пружинные весы, не будет вызывать деформации пружины ($\Delta x = 0$). Стрелка весов будет указывать на ноль, какой бы ни была масса тела. Это делает невозможным не только измерение, но и сравнение масс.

Ответ: Сравнить массы тел с помощью пружинных весов в состоянии свободного падения невозможно, так как из-за невесомости весы всегда будут показывать нулевое значение для любого тела.