Номер 407, страница 63 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Законы движения и взаимодействия тел - номер 407, страница 63.

407. Ньютона считают автором одного из самых ранних проектов парового автомобиля: автомобиль должен был приводиться в движение вырывающимся из котла паром. Сам котёл стоял на колёсах (рис. 83). Каков принцип движения этого автомобиля?

Рис. 83

Решение

Принцип движения этого автомобиля основан на явлении реактивного движения, которое является прямым следствием третьего закона Ньютона и закона сохранения импульса.

Процесс можно описать пошагово:

1. В котле, установленном на колёсной платформе, вода нагревается и превращается в пар. По мере нагрева давление пара внутри герметичного котла значительно возрастает.

2. Этот пар под высоким давлением с большой скоростью выбрасывается наружу через узкое сопло, направленное в сторону, противоположную желаемому направлению движения (назад).

3. Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой автомобиль выталкивает струю пара назад, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой струя пара действует на автомобиль, толкая его вперёд. Математически это выражается формулой: $ \vec{F}_{авто \rightarrow пар} = -\vec{F}_{пар \rightarrow авто} $.

Сила, действующая на автомобиль со стороны вырывающегося пара ($ \vec{F}_{пар \rightarrow авто} $), называется реактивной силой. Именно она и приводит автомобиль в движение.

Этот же принцип можно объяснить с помощью закона сохранения импульса. В системе, состоящей из автомобиля и пара, до начала движения суммарный импульс равен нулю. Когда пар массой $ m_{п} $ выбрасывается назад со скоростью $ \vec{v}_{п} $, он приобретает импульс $ \vec{p}_{п} = m_{п}\vec{v}_{п} $. Чтобы суммарный импульс системы остался равным нулю (пренебрегая внешними силами), автомобиль массой $ m_{а} $ должен приобрести противоположно направленный импульс $ \vec{p}_{а} $, то есть начать двигаться вперёд со скоростью $ \vec{v}_{а} $.

Ответ: Принцип движения автомобиля основан на реактивном движении. В соответствии с третьим законом Ньютона (или законом сохранения импульса), струя пара, выбрасываемая с большой скоростью назад, создает реактивную силу, которая толкает автомобиль вперёд.