Номер 403, страница 62 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Законы движения и взаимодействия тел - номер 403, страница 62.

403. Прочитайте отрывок из стихотворения В. С. Высоцкого.

...Но стрелки я топлю — на этих скоростях Песчинка обретает силу пули, — И я сжимаю руль до судорог в кистях: Успеть, пока болты не затянули!

Почему на больших скоростях даже «песчинка обретает силу пули»?

Почему на больших скоростях даже «песчинка обретает силу пули»?

Решение

Это поэтическое выражение из стихотворения В. С. Высоцкого имеет под собой строгое физическое обоснование. Разрушительная способность летящего объекта определяется не силой в привычном понимании, а его кинетической энергией, которая высвобождается при столкновении с препятствием.

Кинетическая энергия тела ($E_к$) рассчитывается по формуле:

$E_к = \frac{mv^2}{2}$

где $m$ — это масса тела, а $v$ — его скорость.

Как видно из формулы, кинетическая энергия прямо пропорциональна массе тела, но пропорциональна квадрату его скорости. Это означает, что скорость влияет на энергию объекта гораздо сильнее, чем масса. Если скорость объекта увеличить в 2 раза, его кинетическая энергия возрастет в $2^2 = 4$ раза. Если скорость увеличить в 10 раз, энергия возрастет уже в $10^2 = 100$ раз.

Масса песчинки ($m$) ничтожно мала. Однако, если она движется с очень большой скоростью ($v$), то благодаря квадратичной зависимости ее кинетическая энергия может достичь огромного значения. Эта энергия может стать сопоставимой с кинетической энергией пули, у которой масса значительно больше, но скорость может быть сравнима или даже меньше.

При столкновении вся эта накопленная кинетическая энергия практически мгновенно переходит в другие виды (тепловую, энергию деформации), производя мощное разрушительное действие. Именно поэтому на огромных скоростях даже крошечная песчинка может нанести серьезный ущерб, например, обшивке космического корабля, что и сравнивается с «силой пули».

Ответ: Разрушительное действие песчинки на больших скоростях объясняется ее огромной кинетической энергией. Кинетическая энергия зависит от квадрата скорости, поэтому даже при очень малой массе, но очень большой скорости, песчинка накапливает энергию, сопоставимую с энергией пули, и высвобождает ее при столкновении.