Номер 405, 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 405, страница 62.

405. Почему удар молотом по тяжёлой наковальне, положенной на грудь циркового артиста, оказывается для человека безвредным, тогда как такой же удар непосредственно по телу является гибельным?

Решение

Безвредность удара молотом по наковальне, лежащей на груди артиста, объясняется фундаментальными законами физики, в первую очередь, законом инерции (вторым законом Ньютона) и понятием давления.

Ключевую роль играет огромная масса наковальни. Масса является мерой инертности тела, то есть его способности сопротивляться изменению своего состояния движения. Согласно второму закону Ньютона, ускорение $a$, которое приобретает тело массой $m$ под действием силы $F$, равно $a = \frac{F}{m}$. Когда молот ударяет по массивной наковальне, вся сила удара $F$ прилагается к её большой массе $m$. В результате наковальня получает очень маленькое ускорение $a$. Это означает, что она практически не приходит в движение и не набирает сколько-нибудь значительной скорости. Таким образом, большая часть энергии и импульса удара молота поглощается самой наковальней (преобразуясь в тепло, звук и незначительную деформацию), а до тела артиста доходит лишь незначительная их часть.

Второй важный фактор — это распределение силы по большой площади. Наковальня давит на грудь артиста своим широким основанием. Давление $P$ определяется как сила $F$, действующая перпендикулярно поверхности, делённая на площадь этой поверхности $A$: $P = \frac{F}{A}$. Даже та небольшая сила, которую наковальня передает телу, распределяется по большой площади, поэтому давление на грудную клетку оказывается низким и неспособным причинить вред.

Если же нанести такой же удар молотом непосредственно по телу человека, последствия будут фатальными. В этом случае сила удара будет приложена к небольшому участку тела с несравнимо меньшей массой, чем у наковальни. Это приведёт к очень большому ускорению этого участка, что вызовет серьёзные повреждения внутренних органов и костей. Кроме того, вся сила будет сконцентрирована на малой площади, равной площади ударной части молота, что создаст огромное, разрушительное давление.

Таким образом, наковальня выступает в роли инертного "щита", который гасит энергию удара за счёт своей массы и распределяет остаточное воздействие по большой площади, защищая артиста.

Ответ:

Удар молотом по тяжёлой наковальне, положенной на грудь артиста, оказывается безвредным из-за большой инертности наковальни. В силу своей огромной массы ($m$) наковальня практически не ускоряется ($a=F/m \approx 0$) под действием удара молота и не передаёт телу опасный импульс. Кроме того, широкое основание наковальни распределяет силу удара по большой площади, создавая низкое и безопасное давление. При ударе непосредственно по телу та же сила удара, приложенная к малой массе и на малой площади, вызвала бы огромное ускорение и давление, что привело бы к смертельным травмам.