Номер 1, страница 82 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Рассмотрите рисунок 45, а и ответьте на вопросы: под действием какой силы шарик приобретает скорость и движется от точки B к точке A? В результате чего эта сила возникла? Как направлены ускорение, скорость шарика и действующая на него сила? По какой траектории движется шарик?

1. Решение

Для ответа на этот вопрос рассмотрим классическую модель движения тела (шарика) по окружности на нити. Предположим, что рисунок 45, а изображает именно такую ситуацию.

• Под действием какой силы шарик приобретает скорость и движется от точки В к точке А?

  Шарик движется по криволинейной траектории под действием силы натяжения нити. Эта сила всегда направлена к центру окружности и заставляет шарик постоянно изменять направление вектора своей скорости. Сила, отвечающая за изменение направления скорости при движении по окружности, называется центростремительной силой. В данном случае её роль выполняет сила натяжения нити.

• В результате чего эта сила возникла?

  Сила натяжения нити является силой упругости. Она возникает из-за того, что шарик, стремясь по инерции двигаться прямолинейно, растягивает нить. Нить, в свою очередь, деформируется и, согласно закону Гука, стремится вернуться в исходное состояние, создавая силу, направленную вдоль нити к точке подвеса (центру окружности).

• Как направлены ускорение, скорость шарика и действующая на него сила?

  Направления этих векторов следующие:

  • Вектор скорости ($\vec{v}$) всегда направлен по касательной к траектории в данной точке.
  • Вектор действующей силы ($\vec{F}$), то есть силы натяжения нити, направлен вдоль нити к центру окружности.
  • Согласно второму закону Ньютона ($\vec{F}=m\vec{a}$), вектор ускорения ($\vec{a}$) сонаправлен с вектором силы. Следовательно, ускорение шарика также направлено к центру окружности. В случае равномерного движения по окружности это ускорение называется центростремительным, и оно перпендикулярно вектору скорости.

• По какой траектории движется шарик?

  Шарик движется по траектории, представляющей собой дугу окружности.

Ответ: Шарик движется от точки В к точке А под действием силы натяжения нити, которая возникла в результате её упругой деформации. Сила и сообщаемое ею ускорение направлены к центру окружности, а скорость шарика — по касательной к траектории. Траекторией движения является дуга окружности.

2. Поскольку текст второго вопроса на изображении обрывается, предположим, что он ставит стандартную для таких задач проблему: "Рассмотрите рисунок 45, б и ответьте на вопрос: как изменится движение шарика, если в точке А нить оборвётся?".

Решение

Если в точке А нить обрывается, то на шарик перестает действовать сила натяжения, которая удерживала его на круговой орбите. Дальнейшее движение шарика будет подчиняться первому закону Ньютона (закону инерции).

Согласно этому закону, тело сохраняет свою скорость (как по величине, так и по направлению) неизменной, если на него не действуют силы (или их действие скомпенсировано). В момент обрыва нити в точке А шарик имел мгновенную скорость $\vec{v}$, направленную по касательной к окружности в этой точке.

Потеряв связь с центром, шарик продолжит движение по инерции. Его траекторией станет прямая линия, совпадающая с касательной к окружности в точке А. Если пренебречь силой тяжести и сопротивлением воздуха, движение будет равномерным и прямолинейным.

Ответ: Если в точке А нить оборвётся, шарик будет двигаться по инерции равномерно и прямолинейно по касательной к окружности, проведенной в точке А.