Номер 439, 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 439, страница 67.

Условие.

► 439. Интересный цирковой трюк «легче воздуха» описал А. И. Куприн в своём рассказе «Ольга Сур»: «И что же делает Никаноро Нанни? Он берёт в каждую из рук по двадцатипятифунтовой гире, затем делает короткий, но быстрый разбег, отталкивается со страшной силой от трамплина и летит прямо на тамбур... Но во время этого полёта, в какой-то необходимый, но неуловимый момент, он бросает обе гири, и тут-то, преодолев закон тяжести, ставши внезапно легче на пятьдесят фунтов, он неожиданно взвивается кверху и потом уж кончает полёт, упав на тамбур». Объясните этот цирковой номер с точки зрения физики.

Решение.

Описанный в рассказе цирковой трюк является яркой иллюстрацией законов физики, в частности, закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона. Фраза «преодолев закон тяжести» является художественным преувеличением, так как сила тяжести действует на акробата непрерывно в течение всего полета.

Физическое объяснение трюка заключается в следующем:

1. Движение центра масс. С момента отрыва от трамплина система, состоящая из акробата и двух гирь, представляет собой единое целое. Под действием силы тяжести центр масс этой системы движется по параболической траектории. Никакие внутренние силы, то есть силы взаимодействия между акробатом и гирями, не могут изменить траекторию движения этого общего центра масс.

2. Взаимодействие при броске. Эффект «взмывания» возникает из-за того, что акробат не просто разжимает руки и отпускает гири, а с силой толкает их вниз. Согласно третьему закону Ньютона, на всякое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Сила, с которой акробат толкает гири вниз, вызывает появление равной ей по величине силы, действующей со стороны гирь на акробата, но направленной вверх.

3. Изменение индивидуальных траекторий. Этот кратковременный толчок вверх (импульс силы) придает телу акробата дополнительную вертикальную скорость, направленную вверх. В результате его личная траектория полета изменяется — он действительно поднимается на большую высоту, чем если бы он просто держал гири. Для зрителей это выглядит как неожиданное «взмывание». Одновременно гири, получив дополнительный импульс вниз, падают на землю быстрее и по более крутой траектории.

Таким образом, хотя индивидуальные траектории акробата и гирь меняются, параболическая траектория их общего центра масс остается неизменной. Аксель Поульсен (реальный прототип персонажа) просто «отталкивается» от гирь в воздухе, чтобы подпрыгнуть выше, что является блестящим применением законов механики.

Ответ: Эффект «взмывания» акробата объясняется законом сохранения импульса и третьим законом Ньютона. В полете акробат с силой отталкивает гири вниз. В ответ гири сообщают ему равный по величине и противоположно направленный (вверх) импульс. Этот дополнительный импульс изменяет индивидуальную траекторию акробата, заставляя его подняться выше. При этом траектория общего центра масс системы «акробат + гири» остается неизменной параболой, так как на систему действуют только внешние силы (сила тяжести).