Номер 261, страница 42 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Невесомость - номер 261, страница 42.

Условие.

► 261. Галилей в XVII в. писал: «Мы ощущаем груз на наших плечах, когда стараемся мешать его падению. Но если станем двигаться вниз с такой же скоростью, как и груз, лежащий на нашей спине, то как же может он давить и обременять нас? Это подобно тому, как если бы мы захотели поразить копьём, не выпуская его из рук, кого-либо, кто бежит впереди нас с такой же скоростью, с какой движемся и мы». О каком физическом явлении писал Галилей?

Решение.

Решение

В приведенном отрывке Галилео Галилей описывает физическое явление, известное как невесомость.

Рассмотрим ситуацию с физической точки зрения. Когда человек неподвижно стоит и держит груз на плечах, он ощущает его вес. Вес – это сила $P$, с которой тело действует на опору или подвес вследствие притяжения к Земле. В состоянии покоя вес тела равен силе тяжести, действующей на него: $P = F_{тяж} = mg$, где $m$ – масса тела, а $g$ – ускорение свободного падения. Человек, чтобы удержать груз, должен приложить к нему силу реакции опоры $N$, направленную вверх и равную по модулю силе тяжести: $N = mg$. По третьему закону Ньютона, груз давит на плечи человека с силой $P$, равной по модулю силе реакции опоры, $P=N$. Именно эту силу человек и ощущает как «груз на плечах».

Галилей предлагает рассмотреть случай, когда человек вместе с грузом начинает двигаться вниз «с такой же скоростью, как и груз». Эта формулировка, в контексте «падения» груза, означает, что и человек, и груз находятся в состоянии свободного падения, то есть движутся вниз с одинаковым ускорением – ускорением свободного падения $a = g$.

Запишем второй закон Ньютона для груза, находящегося на плечах у падающего человека. На груз действуют две силы: сила тяжести $mg$, направленная вниз, и сила реакции опоры $N$ (со стороны плеч), направленная вверх. Результирующая сила сообщает грузу ускорение $a=g$, направленное вниз. В проекции на вертикальную ось, направленную вниз, уравнение движения будет выглядеть так:

$mg - N = ma$

Поскольку в свободном падении ускорение тела $a$ равно ускорению свободного падения $g$, получаем:

$mg - N = mg$

Отсюда следует, что сила реакции опоры $N = 0$.

Вес тела $P$ (сила, с которой оно давит на опору) по третьему закону Ньютона равен по модулю силе реакции опоры $N$. Следовательно, в состоянии свободного падения вес груза становится равным нулю: $P = 0$. Это и есть состояние невесомости. Груз перестает давить на плечи, так как и он, и плечи движутся вниз с одинаковым ускорением.

Аналогия с копьем прекрасно иллюстрирует эту идею: если два объекта движутся с одинаковой скоростью (и ускорением), их относительная скорость (и ускорение) равна нулю, и они не могут взаимодействовать друг с другом (копье не может догнать и поразить бегущего, груз не может «догнать» и надавить на плечи).

Таким образом, Галилей описал принцип, согласно которому в системе отсчета, свободно падающей в гравитационном поле, гравитация не ощущается. Это состояние мы и называем невесомостью.

Ответ: Галилей писал о явлении невесомости.