Номер 404, страница 62 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение - номер 404, страница 62.

Условие.

404. Почему пуля, вылетевшая из ружья, не может открыть дверь, но пробивает в ней отверстие? Почему давлением пальца дверь открыть легко, но проделать отверстие невозможно?

Решение.

Почему пуля, вылетевшая из ружья, не может открыть дверь, но пробивает в ней отверстие?

Это явление объясняется двумя ключевыми физическими понятиями: давлением и временем взаимодействия. Давление ($P$) — это физическая величина, равная отношению силы ($F$), действующей перпендикулярно поверхности, к площади ($S$) этой поверхности: $P = \frac{F}{S}$.
Пуля обладает высокой скоростью и при столкновении с дверью останавливается за очень короткий промежуток времени. Согласно второму закону Ньютона в импульсной форме, сила, действующая на дверь, очень велика, так как изменение импульса пули происходит почти мгновенно. Однако этого короткого времени взаимодействия недостаточно, чтобы сообщить всей массе двери достаточный импульс для преодоления ее инерции и начала вращения вокруг петель.
В то же время, вся эта огромная сила сконцентрирована на очень маленькой площади поперечного сечения пули. В результате создается колоссальное давление, которое многократно превышает предел прочности материала двери. Материал в месте контакта разрушается, и пуля пробивает отверстие.

Ответ: Пуля не открывает дверь, так как время ее воздействия слишком коротко, чтобы передать всей двери достаточный импульс для преодоления инерции. Отверстие же она пробивает потому, что ее сила действует на очень малую площадь, создавая огромное давление, достаточное для разрушения материала.

Почему давлением пальца дверь открыть легко, но проделать отверстие невозможно?

Когда человек открывает дверь пальцем, он прикладывает силу в течение значительно более длительного времени. Этого времени достаточно, чтобы сообщить двери необходимый импульс для плавного вращения на петлях. Сила, приложенная на некотором расстоянии от петель, создает вращающий момент, который и открывает дверь.
Проделать отверстие пальцем невозможно из-за низкого давления. Площадь подушечки пальца несравнимо больше площади поперечного сечения пули. Поэтому даже если приложить значительное усилие, создаваемое давление ($P = \frac{F}{S}$) будет ничтожно малым по сравнению с пределом прочности материала двери. Сила распределяется по большой площади и не может вызвать локального разрушения.

Ответ: Давлением пальца легко открыть дверь, потому что сила прилагается достаточно долго, чтобы преодолеть ее инерцию. Проделать отверстие невозможно, так как из-за большой площади пальца создается слишком низкое давление, неспособное разрушить материал двери.