Ответьте на вопросы, страница 32 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему тела разной массы и формы падают с одной и той же высоты за разное время?

2. Почему при прыжке с парашютом можно добиться равномерного спуска на поверхность Земли (рис. 38)?

Рис. 38. Прыжок с парашютом

1. Почему тела разной массы и формы падают с одной и той же высоты за разное время?

В идеальных условиях, то есть в вакууме, где нет сопротивления воздуха, все тела, независимо от их массы и формы, падали бы с одинаковым ускорением свободного падения $g$ и достигали бы поверхности Земли одновременно. Однако в реальных условиях, в атмосфере, на падающее тело действуют две основные силы: сила тяжести $F_{тяж}$, направленная вниз, и сила сопротивления воздуха $F_{сопр}$, направленная вверх (против движения).

Сила тяжести зависит от массы тела ($F_{тяж} = mg$), а сила сопротивления воздуха зависит от скорости тела, его формы и площади поперечного сечения. Именно из-за силы сопротивления воздуха тела разной массы и формы падают за разное время.

- Влияние формы: Тело с большой площадью поверхности, перпендикулярной направлению движения (например, развернутый лист бумаги), испытывает значительно большее сопротивление воздуха, чем тело той же массы, но с меньшей площадью (например, скомканный в шарик лист бумаги). Большая сила сопротивления сильнее замедляет падение.

- Влияние массы: Если рассмотреть два тела одинаковой формы и размера, но разной массы (например, пластиковый и стальной шарики одинакового диаметра), то на более массивное тело действует большая сила тяжести. Хотя при одинаковой скорости сила сопротивления воздуха для них будет одинакова, её замедляющее действие будет менее значимым по сравнению с большей силой тяжести. Поэтому более тяжелое тело упадет быстрее.

Таким образом, различие во времени падения в реальном мире обусловлено наличием сопротивления воздуха, которое по-разному влияет на движение тел в зависимости от их формы и массы.

Ответ: Тела разной массы и формы падают за разное время из-за силы сопротивления воздуха, которая зависит от формы, площади и скорости тела. Эта сила оказывает разное по величине тормозящее действие на тела, что и приводит к разному времени падения.

2. Почему при прыжке с парашютом можно добиться равномерного спуска на поверхность Земли (рис. 38)?

Равномерный спуск — это движение с постоянной скоростью. Согласно первому закону Ньютона, тело движется равномерно, если сумма всех действующих на него сил равна нулю.

Во время спуска на парашютиста действуют две основные, противоположно направленные силы:

1. Сила тяжести ($F_{тяж}$): направлена вертикально вниз и равна произведению массы парашютиста со снаряжением $m$ на ускорение свободного падения $g$. Эта сила практически постоянна.

2. Сила сопротивления воздуха ($F_{сопр}$): направлена вертикально вверх. Её величина зависит от скорости движения и очень сильно — от площади поверхности.

После раскрытия парашюта происходит следующее: благодаря огромной площади купола сила сопротивления воздуха резко возрастает и становится больше силы тяжести ($F_{сопр} > F_{тяж}$). Это создает равнодействующую силу, направленную вверх, которая заставляет парашютиста быстро замедляться. По мере уменьшения скорости падения уменьшается и сила сопротивления воздуха.

В какой-то момент скорость снижается настолько, что сила сопротивления воздуха становится равной по модулю силе тяжести ($F_{сопр} = F_{тяж}$). В этот момент равнодействующая сил становится равной нулю ($F_{тяж} - F_{сопр} = 0$). С этого момента, согласно первому закону Ньютона, парашютист перестает ускоряться (или замедляться) и продолжает спускаться с постоянной, относительно небольшой и безопасной скоростью. Это и есть равномерный спуск.

Ответ: Равномерный спуск с парашютом возможен потому, что его большой купол создает значительную силу сопротивления воздуха. В определенный момент эта направленная вверх сила уравновешивает направленную вниз силу тяжести, в результате чего суммарная сила, действующая на парашютиста, становится равной нулю, и он продолжает спускаться с постоянной безопасной скоростью.