Номер 435, страница 67 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение - номер 435, страница 67.

Условие.

435. Возьмите в руки шланг от душа и держите его вертикально над ванной распылительной частью вниз. Откройте кран — распылитель отклонится в сторону, противоположную вытекающим струям. Объясните это явление.

Решение.

Решение

Данное явление является примером реактивного движения и объясняется законом сохранения импульса, а также третьим законом Ньютона.

1. До того, как вода начала вытекать, система, состоящая из распылителя и воды в нём, находилась в состоянии покоя. Это означает, что её суммарный импульс был равен нулю.

2. Когда кран открывают, вода начинает вытекать из отверстий распылителя с некоторой скоростью $\vec{v}$. Таким образом, вытекающие струи воды массой $\Delta m$ приобретают импульс $\Delta \vec{p}_{воды} = \Delta m \cdot \vec{v}$, направленный в сторону истечения.

3. В соответствии с законом сохранения импульса, для замкнутой системы (которой можно считать систему «распылитель-вода» в горизонтальном направлении, пренебрегая сопротивлением воздуха) полный импульс должен сохраняться. Так как начальный импульс был нулевым, суммарный импульс системы должен оставаться равным нулю и после начала движения воды.

4. Чтобы суммарный импульс системы остался равным нулю, распылитель должен получить импульс $\Delta \vec{p}_{распылителя}$, равный по модулю и противоположный по направлению импульсу вытекающей воды:

$\Delta \vec{p}_{распылителя} + \Delta \vec{p}_{воды} = 0$

$\Delta \vec{p}_{распылителя} = - \Delta \vec{p}_{воды}$

5. Это означает, что на распылитель начинает действовать сила, называемая силой реактивной тяги, которая направлена в сторону, противоположную направлению скорости вытекающих струй. Именно эта сила и вызывает отклонение распылителя.

С точки зрения третьего закона Ньютона: распылитель действует на воду с некоторой силой, чтобы вытолкнуть её. В ответ вода действует на распылитель с точно такой же по величине, но противоположно направленной силой, которая и заставляет его двигаться.

Ответ: Отклонение распылителя душа происходит из-за реактивной силы, возникающей в соответствии с законом сохранения импульса. Вытекающие струи воды создают импульс в одном направлении, а распылитель для сохранения общего нулевого импульса системы получает равный по модулю и противоположный по направлению импульс, что и заставляет его двигаться в обратную сторону.