Номер 3, страница 98 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Расскажите о ходе опыта, изображённого на рисунке 56. О чём он свидетельствует?

3. Расскажите о ходе опыта, изображённого на рисунке 56. О чём он свидетельствует?

Решение

Поскольку сам рисунок 56 отсутствует, опишем классический опыт по демонстрации закона сохранения импульса, который обычно иллюстрируется в учебниках физики. Чаще всего это опыт со взаимодействием двух тележек на рельсах.

Ход опыта:

1. На гладкие горизонтальные рельсы, где силой трения можно пренебречь, устанавливают две тележки массами $m_1$ и $m_2$. Массы тележек предварительно измеряют.

2. В начальный момент времени одной тележке сообщают скорость $\vec{v_1}$, а вторая тележка покоится ($\vec{v_2} = 0$). Скорости тележек можно измерить, например, с помощью датчиков движения.

3. Тележки сталкиваются. В зависимости от устройства тележек, они могут либо сцепиться (абсолютно неупругий удар) и продолжить движение вместе с общей скоростью $\vec{u}$, либо оттолкнуться друг от друга (упругий удар) и разъехаться с новыми скоростями $\vec{u_1}$ и $\vec{u_2}$.

4. Измеряются скорости тележек после взаимодействия.

Анализ и выводы:

Рассчитывается суммарный импульс системы из двух тележек до столкновения: $\vec{p}_{до} = m_1\vec{v_1} + m_2\vec{v_2} = m_1\vec{v_1}$.

Рассчитывается суммарный импульс системы после столкновения: $\vec{p}_{после} = m_1\vec{u_1} + m_2\vec{u_2}$ (для упругого удара) или $\vec{p}_{после} = (m_1+m_2)\vec{u}$ (для неупругого удара).

В результате многократных проведений опыта выясняется, что в пределах погрешности измерений суммарный импульс системы до взаимодействия равен суммарному импульсу системы после взаимодействия: $\vec{p}_{до} = \vec{p}_{после}$.

Данный опыт свидетельствует о справедливости закона сохранения импульса. Этот фундаментальный закон гласит, что векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не изменяется в результате их взаимодействия. В данном опыте система из двух тележек является замкнутой (или, точнее, изолированной), так как действующие на нее внешние силы — сила тяжести и сила нормальной реакции опоры — уравновешивают друг друга, а сила трения пренебрежимо мала.

Ответ: Описанный опыт демонстрирует выполнение закона сохранения импульса: в замкнутой системе суммарный импульс тел сохраняется при любых взаимодействиях между ними.

4. Что означает утверждение о том, что несколько тел образуют замкнутую систему?

Решение

Утверждение о том, что несколько тел образуют замкнутую (или изолированную) систему, означает, что на тела этой системы не действуют внешние силы, либо их векторная сумма равна нулю. В такой системе тела могут взаимодействовать только друг с другом.

Разберем подробнее:

• Внутренние силы – это силы, с которыми тела, входящие в систему, действуют друг на друга (например, силы притяжения, упругости или трения между телами системы). Согласно третьему закону Ньютона, внутренние силы всегда возникают парами, равны по модулю и противоположны по направлению, поэтому их векторная сумма всегда равна нулю.
• Внешние силы – это силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в эту систему (например, сила тяжести со стороны Земли, сила сопротивления воздуха).

Система считается замкнутой, если равнодействующая всех внешних сил равна нулю ($\sum \vec{F}_{внешн} = 0$). Это не означает, что внешних сил нет совсем, а лишь то, что они скомпенсированы. Например, для тележек на горизонтальных рельсах (из предыдущего вопроса) внешние силы — это сила тяжести и сила нормальной реакции. Они равны по модулю и противоположны по направлению, их сумма равна нулю, поэтому систему можно считать замкнутой в вертикальном направлении. Если трение мало, то и в горизонтальном направлении система близка к замкнутой.

Понятие замкнутой системы является ключевым, так как именно для таких систем выполняется закон сохранения импульса.

Ответ: Утверждение, что несколько тел образуют замкнутую систему, означает, что тела взаимодействуют только между собой, а действие внешних сил скомпенсировано (их векторная сумма равна нулю).