Номер 1, страница 97 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Обсуди с товарищами. § 20. Динамика криволинейного движения. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 1, страница 97.

1. Почему самолёт при повороте наклоняется в сторону поворота, а корабль — в противоположную сторону?

Различие в поведении самолёта и корабля при повороте объясняется средой, в которой они движутся, и принципиально разным способом создания поворачивающей силы.

Поворот самолёта

Чтобы самолёт мог повернуть, то есть двигаться по криволинейной траектории, на него должна действовать центростремительная сила, направленная к центру поворота. В самолёте эту роль выполняет подъёмная сила крыльев.

В прямолинейном горизонтальном полёте подъёмная сила $L$ направлена строго вертикально и уравновешивает силу тяжести $mg$. Для совершения поворота пилот с помощью элеронов создаёт крен — наклоняет самолёт в сторону поворота на угол $\theta$. При этом вектор подъёмной силы также наклоняется.

Наклонённую подъёмную силу $L$ можно разложить на две составляющие:

• Вертикальную составляющую $L_v = L \cos\theta$, которая продолжает компенсировать силу тяжести.
• Горизонтальную составляющую $L_h = L \sin\theta$, которая направлена к центру поворота.

Именно эта горизонтальная составляющая $L_h$ и является той самой центростремительной силой $F_c$, которая изменяет траекторию самолёта и заставляет его поворачивать ($F_c = \frac{mv^2}{R}$). Таким образом, наклон самолёта является не побочным эффектом, а необходимым и управляемым манёвром для создания поворачивающей силы. Чем больше угол крена, тем больше центростремительная сила и тем круче вираж может заложить самолёт.

Поворот корабля

У корабля поворот осуществляется совершенно по-другому. Поворот инициируется рулём, который создаёт боковую гидродинамическую силу на корме. Это заставляет корабль двигаться по дуге, и для поддержания такого движения необходима центростремительная сила. Эта сила создаётся боковым давлением воды на корпус судна.

Рассмотрим силы, вызывающие крен, в системе отсчёта, связанной с кораблём:

1. Сила инерции (в данном случае центробежная сила), которая стремится продолжить движение по прямой. Она приложена к центру тяжести корабля (ЦТ) и направлена наружу от центра поворота. Центр тяжести у большинства судов находится выше уровня воды.
2. Сила бокового сопротивления воды. Это и есть центростремительная сила, которая удерживает корабль на кривой траектории. Она приложена к центру бокового сопротивления (ЦБС), который расположен в подводной части корпуса, то есть значительно ниже центра тяжести.

В результате эти две силы — сила инерции, приложенная к ЦТ, и сила сопротивления воды, приложенная к ЦБС — образуют пару сил. Поскольку точка приложения силы инерции (ЦТ) находится выше точки приложения силы сопротивления воды (ЦБС), эта пара сил создаёт вращающий момент, который наклоняет корабль наружу, в сторону, противоположную повороту. Этот крен является неизбежным и, как правило, нежелательным следствием манёвра.

Ответ:

Самолёт наклоняется в сторону поворота намеренно: этот крен позволяет создать горизонтальную составляющую подъёмной силы, которая действует как центростремительная сила и поворачивает самолёт. Корабль же наклоняется в противоположную сторону (наружу) из-за того, что поворачивающая его сила сопротивления воды приложена к подводной части корпуса (низко), а сила инерции — к центру тяжести (высоко). Эта пара сил создаёт кренящий момент, наклоняющий судно наружу от центра поворота.