Номер 1, страница 103 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха.

1. Движение воздушного шарика объясняется законом сохранения импульса. Рассмотрим систему, состоящую из оболочки шарика и сжатого воздуха внутри него. В начальный момент, когда шарик неподвижен, его суммарный импульс равен нулю. Внешними силами (сила тяжести, сила Архимеда, сопротивление воздуха) в первом приближении можно пренебречь, поэтому систему «шарик + воздух» можно считать замкнутой.

Когда из шарика начинает выходить струя воздуха, частицы воздуха приобретают определенную скорость $\vec{v}_{в}$ и, соответственно, импульс $\vec{p}_{в} = m_{в}\vec{v}_{в}$, где $m_{в}$ — масса вылетевшего воздуха. Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс замкнутой системы должен оставаться неизменным, то есть равным нулю. Для этого оболочка шарика должна приобрести такой импульс $\vec{p}_{ш}$, чтобы в сумме с импульсом выходящего воздуха он давал ноль:

$\vec{p}_{ш} + \vec{p}_{в} = 0$

Отсюда следует, что импульс шарика должен быть равен по модулю и противоположен по направлению импульсу струи воздуха:

$\vec{p}_{ш} = -\vec{p}_{в}$

Записав это уравнение через массы и скорости, получаем:

$m_{ш}\vec{v}_{ш} = -m_{в}\vec{v}_{в}$

Знак «минус» в формуле указывает на то, что вектор скорости шарика $\vec{v}_{ш}$ направлен в сторону, противоположную вектору скорости воздуха $\vec{v}_{в}$. Таким образом, шарик движется в направлении, обратном направлению истекающей струи. Такое движение, возникающее при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью, называется реактивным движением.

Ответ: Система «шарик-воздух» является замкнутой, и ее начальный импульс равен нулю. При истечении воздуха он приобретает импульс, направленный в одну сторону. Чтобы суммарный импульс системы оставался равным нулю, шарик приобретает равный по модулю и противоположный по направлению импульс, что заставляет его двигаться в сторону, противоположную струе воздуха.

2. Реактивное движение широко распространено в технике и природе. Вот несколько примеров:

- В технике: движение ракет, космических кораблей и спутников, которые отбрасывают продукты сгорания топлива; движение реактивных самолетов, использующих реактивную тягу газовой струи; движение водных мотоциклов и катеров с водометным движителем.

- В животном мире: передвижение головоногих моллюсков (кальмаров, осьминогов, каракатиц), которые вбирают в себя воду, а затем с силой выталкивают ее через специальный сифон, двигаясь в противоположном направлении; движение медуз, которые сокращают свой купол, выталкивая воду; резкие броски личинок стрекоз, выбрасывающих струю воды из прямой кишки.

- В растительном мире: распространение семян растением «бешеный огурец», плод которого при созревании отрывается от плодоножки и с силой выбрасывает клейкую жидкость с семенами.

Ответ: Примерами реактивного движения являются: полеты ракет и реактивных самолетов, передвижение кальмаров и медуз в воде, распространение семян «бешеным огурцом».