Номер 4, страница 86 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 18. Вес тела, движущегося с ускорением. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 4, страница 86.

4. Приведите пример тел, находящихся в состоянии, когда сила тяжести больше веса тела.

Приведите пример тел, находящихся в состоянии, когда сила тяжести больше веса тела.

Сила тяжести, $F_т$, это сила, с которой Земля (или другое небесное тело) притягивает к себе тело. Она рассчитывается по формуле $F_т = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения. Эта сила всегда приложена к телу и направлена к центру Земли.

Вес тела, $P$, это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес вследствие гравитационного притяжения. По третьему закону Ньютона, вес тела по модулю равен силе реакции опоры $N$ (или силе натяжения подвеса $T$). То есть, $P = N$.

Рассмотрим тело, находящееся в лифте, который движется с ускорением $a$, направленным вертикально вниз. На тело действуют две силы: сила тяжести $F_т = mg$ (вниз) и сила реакции опоры $N$ (вверх). Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая сила равна произведению массы на ускорение:

$mg - N = ma$

Выразим отсюда силу реакции опоры $N$:

$N = mg - ma = m(g - a)$

Так как вес тела $P$ равен силе реакции опоры $N$, то:

$P = m(g - a)$

Условие задачи — сила тяжести больше веса тела, то есть $F_т > P$. Подставим выражения для этих сил:

$mg > m(g - a)$

Разделив обе части на $m$ (масса не может быть нулевой), получим:

$g > g - a$

$0 > -a$

$a > 0$

Это означает, что условие выполняется, когда ускорение тела $a$ направлено вниз (в ту же сторону, что и ускорение свободного падения $g$). Такое состояние называется частичной невесомостью или перегрузкой, направленной вверх.

Таким образом, сила тяжести больше веса тела в любом случае, когда тело движется с ускорением, направленным вертикально вниз.

Примеры:

• Человек в лифте, который начинает движение вниз или замедляет движение вверх. В эти моменты лифт движется с ускорением, направленным вниз, и человек чувствует себя легче.
• Пассажир на аттракционе «американские горки» в момент, когда вагонетка начинает спуск с вершины горки.
• Автомобиль, проезжающий по выпуклому мосту. В верхней точке траектории на автомобиль действует центростремительное ускорение, направленное вниз, к центру кривизны моста.

Ответ: Сила тяжести больше веса тела, когда тело движется с ускорением, направленным вертикально вниз. Примером может служить человек в лифте, который начинает спускаться, или автомобиль, переезжающий через вершину выпуклого моста.

5. Что такое невесомость?

Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю ($P=0$). Это не означает, что на тело не действует сила тяжести. Сила тяжести продолжает действовать, но тело не оказывает давления на опору или не растягивает подвес.

Используем формулу для веса тела, движущегося с вертикальным ускорением $a$, выведенную в предыдущем вопросе: $P = m(g - a)$.

Состояние невесомости наступает, когда $P=0$:

$m(g - a) = 0$

Поскольку масса тела $m$ отлична от нуля, равенство выполняется при условии:

$g - a = 0 \implies a = g$

Таким образом, невесомость — это состояние, в котором тело движется только под действием силы тяжести, то есть находится в свободном падении. Его ускорение равно ускорению свободного падения ($a=g$). В этом случае и тело, и его опора (если она есть) падают с одинаковым ускорением, поэтому тело перестает давить на опору.

Примеры невесомости:

• Любое тело в свободном падении (например, подброшенный мяч в верхней точке траектории или падающий камень, если пренебречь сопротивлением воздуха).
• Космонавты на борту Международной космической станции (МКС). Станция и все, что находится внутри нее, непрерывно «падают» на Землю, но из-за большой горизонтальной скорости постоянно «промахиваются», двигаясь по орбите. Это и есть состояние постоянного свободного падения.
• Пассажиры специального самолета, летящего по параболической траектории. Во время нисходящей ветви параболы самолет и его пассажиры на короткое время (около 20-30 секунд) оказываются в состоянии свободного падения, что используется для тренировки космонавтов.

Ответ: Невесомость — это состояние, в котором вес тела равен нулю. Оно наступает, когда тело движется только под действием силы тяжести, то есть его ускорение равно ускорению свободного падения ($a=g$). Примером является состояние космонавтов на орбитальной станции.