Номер 3, страница 86 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 1. Законы механики. Параграф 19. Реактивное движение - номер 3, страница 86.

Условие.

3. Почему в опыте с сегнерoвым колесом оно вращается в сторону, противоположную направлению вытекания воды?

Решение.

Вращение сегнерова колеса является наглядной демонстрацией закона сохранения импульса и, как его следствие, третьего закона Ньютона (закона действия и противодействия).

1. С точки зрения третьего закона Ньютона:
Чтобы вода начала вытекать из изогнутых трубок (сопел), стенки этих трубок должны действовать на воду с некоторой силой, выталкивая ее наружу. Согласно третьему закону Ньютона, на всякое действие есть равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Это означает, что вытекающая вода, в свою очередь, действует на стенки трубок колеса с силой, равной по модулю и противоположной по направлению. Эта сила называется силой реакции или реактивной силой. Если сила, с которой колесо действует на воду, равна $ \vec{F}_{1} $, то сила, с которой вода действует на колесо, будет $ \vec{F}_{2} = -\vec{F}_{1} $. Именно эта реактивная сила $ \vec{F}_{2} $, приложенная к соплам, создает вращающий момент, который и заставляет колесо вращаться в сторону, противоположную направлению истечения струй воды.

2. С точки зрения закона сохранения импульса:
Систему «колесо + вода внутри него» можно считать замкнутой (пренебрегая внешними силами, такими как трение). Изначально, когда колесо неподвижно, суммарный импульс системы равен нулю. Когда вода начинает вытекать из сопел, она уносит с собой определенный импульс $ \vec{p}_{воды} $. Чтобы закон сохранения импульса выполнялся и суммарный импульс системы оставался равным нулю, колесо должно приобрести импульс $ \vec{p}_{колеса} $, который будет равен по модулю и противоположен по направлению импульсу вытекающей воды: $ \vec{p}_{колеса} + \vec{p}_{воды} = 0 $, откуда $ \vec{p}_{колеса} = -\vec{p}_{воды} $. Появление у колеса этого импульса и означает его вращение в обратную сторону.

Таким образом, оба подхода объясняют одно и то же явление – реактивное движение, лежащее в основе работы ракетных двигателей и, в данном случае, сегнерова колеса.

Ответ: Сегнерово колесо вращается в сторону, противоположную направлению вытекания воды, из-за действия реактивной силы. Согласно третьему закону Ньютона, сила, выталкивающая воду из сопел, порождает равную ей по модулю и противоположную по направлению силу, действующую со стороны воды на колесо. Эта сила и приводит колесо во вращение. Данное явление также является следствием закона сохранения импульса.