Номер 6, страница 112 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 7. Закон сохранения импульса. Параграф 26. Закон сохранения импульса - номер 6, страница 112.

Условие.

6. В книге немецкого писателя Э. Распе «Приключения барона Мюнхгаузена» приведен следующий рассказ барона: «Однажды попробовал я перепрыгнуть через болото верхом на коне. Но конь не допрыгнул до берега, и мы шлепнулись в жидкую грязь. Шлепнулись и стали тонуть. Спасения не было. Болото с ужасной быстротой засасывало нас глубже и глубже... Что было делать? Мы непременно погибли бы, если бы не удивительная сила моих рук... Схватив себя за волосы, я изо всех сил дернул вверх и без большого труда вытащил из болота и себя, и своего коня, которого крепко сжал обеими ногами, как щипцами...» Докажите, что ничего подобного барон сделать не мог.

Решение.

6. Решение

Для доказательства невозможности этого поступка воспользуемся законами классической механики, в частности, законами Ньютона.

Рассмотрим замкнутую систему, состоящую из барона и его коня. Для того чтобы эта система начала двигаться вверх, то есть приобрела ускорение, направленное вверх, на нее должна действовать внешняя сила, равнодействующая которой направлена вверх и превышает по модулю сумму сил, действующих вниз (сила тяжести и засасывающая сила болота).

Сила, с которой барон тянет себя за волосы, является внутренней силой для системы «барон-конь». Согласно третьему закону Ньютона, сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Это значит, что с какой силой рука барона тянет его волосы вверх, с точно такой же силой его волосы (и тело) действуют на руку вниз. Обозначим силу, с которой рука тянет волосы, как $ \vec{F}_{1} $, а силу, с которой волосы действуют на руку, как $ \vec{F}_{2} $. Тогда $ \vec{F}_{1} = - \vec{F}_{2} $.

Сумма этих двух сил внутри системы равна нулю: $ \vec{F}_{1} + \vec{F}_{2} = 0 $. Внутренние силы не могут изменить положение центра масс системы, они могут лишь вызывать взаимное перемещение частей системы или ее деформацию. В данном случае барон мог бы в лучшем случае оторвать себе волосы или растянуть позвоночник, но не сдвинуть с места всю систему «барон + конь».

Движение центра масс системы определяется только суммой внешних сил. Внешними силами, действующими на систему, являются сила тяжести, направленная вертикально вниз, и силы со стороны болота (выталкивающая сила Архимеда и сила сопротивления). Чтобы выбраться, барону потребовалась бы внешняя опора, например, ветка дерева, за которую можно было бы ухватиться, или помощь кого-то, кто находится на берегу. Взаимодействуя только с самим собой, он не может создать внешнюю силу, необходимую для спасения.

Таким образом, описанный бароном Мюнхгаузеном поступок противоречит фундаментальным законам физики.

Ответ: Барон не мог совершить описанное, так как сила, которую он прикладывал к своим волосам, является внутренней для системы «барон-конь». Согласно законам Ньютона, внутренние силы не могут изменить положение центра масс системы, для этого необходимо воздействие внешней силы.