Номер 2, страница 65 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. Мяч, подброшенный мальчиком, в течение некоторого времени двигался вверх. При этом его скорость всё время уменьшалась, пока не стала равной нулю. Затем мяч стал падать вниз с возрастающей скоростью. Объясните:

а) действовала ли на мяч сила притяжения к Земле во время его движения вверх; вниз;

б) что послужило причиной уменьшения скорости мяча при его движении вверх; увеличения его скорости при движении вниз;

в) почему при движении мяча вверх его скорость уменьшалась, а при движении вниз — увеличивалась.

Решение

а) действовала ли на мяч сила притяжения к Земле во время его движения вверх; вниз;

Да, сила притяжения к Земле (сила тяжести) действовала на мяч в течение всего времени его полета. Эта сила возникает из-за гравитационного взаимодействия мяча и Земли и не зависит от того, движется ли мяч, в каком направлении он движется или покоится. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли. Она действует на мяч и когда он летит вверх, и в верхней точке траектории, где его скорость на мгновение равна нулю, и когда он падает вниз.

Ответ: Сила притяжения к Земле действовала на мяч непрерывно в течение всего полета, как при движении вверх, так и при движении вниз.

б) что послужило причиной уменьшения скорости мяча при его движении вверх; увеличения его скорости при движении вниз;

Причиной изменения скорости мяча является действующая на него сила притяжения к Земле. Согласно второму закону Ньютона, сила вызывает ускорение ($ \vec{F} = m\vec{a} $). В данном случае, пренебрегая сопротивлением воздуха, единственной значительной силой, действующей на мяч после броска, является сила тяжести. Эта сила сообщает мячу постоянное ускорение свободного падения $ \vec{g} $. При движении вверх это ускорение направлено противоположно вектору скорости, что приводит к замедлению движения и уменьшению скорости. При движении вниз ускорение совпадает по направлению с вектором скорости, что приводит к увеличению скорости.

Ответ: Причиной изменения скорости мяча в обоих случаях является сила притяжения к Земле (сила тяжести).

в) почему при движении мяча вверх его скорость уменьшалась, а при движении вниз — увеличивалась.

Изменение скорости зависит от взаимного направления векторов скорости $ \vec{v} $ и ускорения $ \vec{a} $. Ускорение, сообщаемое мячу силой тяжести, всегда направлено вертикально вниз. Когда мяч движется вверх, его вектор скорости $ \vec{v} $ направлен вверх, а вектор ускорения $ \vec{a} $ (ускорение свободного падения $ \vec{g} $) направлен вниз. Так как векторы скорости и ускорения направлены в противоположные стороны, скорость тела уменьшается. Когда же мяч падает вниз, его вектор скорости $ \vec{v} $ направлен вниз, так же как и вектор ускорения $ \vec{a} $. Поскольку векторы скорости и ускорения сонаправлены, скорость тела увеличивается. Таким образом, одна и та же сила тяжести приводит к разным результатам в зависимости от направления движения тела.

Ответ: Скорость уменьшалась при движении вверх, потому что сила тяжести и вызываемое ею ускорение были направлены противоположно направлению движения. Скорость увеличивалась при движении вниз, потому что сила тяжести и ускорение были направлены в ту же сторону, что и движение.