Номер 5, страница 100 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

5. Автомобиль тянет прицеп. По третьему закону Ньютона сила, с которой автомобиль тянет прицеп, равна силе, с которой прицеп действует на автомобиль. Почему же прицеп движется за автомобилем?

Решение

Этот вопрос затрагивает фундаментальное понимание третьего закона Ньютона и часто вызывает затруднения. Проблема возникает из-за неверного предположения, что силы, упомянутые в законе, уравновешивают друг друга.

Третий закон Ньютона действительно утверждает, что сила, с которой автомобиль тянет прицеп ($F_{а \rightarrow п}$), равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой прицеп действует на автомобиль ($F_{п \rightarrow а}$). Математически это записывается как $F_{а \rightarrow п} = -F_{п \rightarrow а}$.

Однако ключевым моментом, который необходимо понять, является то, что эти две силы приложены к разным телам:

1. Сила $F_{а \rightarrow п}$ приложена к прицепу.

2. Сила $F_{п \rightarrow а}$ приложена к автомобилю.

Поскольку силы приложены к разным телам, они не могут взаимно скомпенсироваться. Чтобы определить, будет ли тело двигаться, нужно проанализировать **равнодействующую всех сил, приложенных именно к этому телу**, что описывается вторым законом Ньютона ($F_{равн} = ma$).

Давайте рассмотрим силы, действующие на каждый объект в системе по отдельности (в горизонтальном направлении):

На прицеп действуют:

- Сила тяги со стороны автомобиля ($F_{а \rightarrow п}$), направленная вперед.

- Сила сопротивления движению прицепа ($F_{сопр. п}$), включающая трение в осях и сопротивление воздуха, направленная назад.

Прицеп будет двигаться с ускорением, если равнодействующая этих сил не равна нулю, то есть когда сила тяги превышает силу сопротивления: $F_{а \rightarrow п} > F_{сопр. п}$.

На автомобиль действуют:

- Сила тяги, создаваемая двигателем и передаваемая через колеса (по сути, это сила трения между колесами и дорогой), направленная вперед ($F_{тяги}$).

- Сила со стороны прицепа ($F_{п \rightarrow а}$), тянущая автомобиль назад.

- Сила сопротивления движению самого автомобиля ($F_{сопр. а}$), направленная назад.

Автомобиль (и вся система) движется вперед, потому что сила тяги двигателя ($F_{тяги}$) оказывается больше, чем сумма всех сил, препятствующих его движению: $F_{тяги} > F_{п \rightarrow а} + F_{сопр. а}$.

Таким образом, движение возникает не потому, что какая-то сила "побеждает" другую из пары "действие-противодействие", а потому, что на каждый из объектов (и на систему в целом) действует несбалансированная **внешняя** сила. Для всей системы "автомобиль + прицеп" движущей силой является сила тяги автомобиля ($F_{тяги}$), а силами сопротивления — сумма всех сил трения и сопротивления воздуха. Силы $F_{а \rightarrow п}$ и $F_{п \rightarrow а}$ являются внутренними для этой системы.

Ответ: Прицеп движется за автомобилем, потому что второй закон Ньютона применяется к каждому телу отдельно. Силы действия и противодействия из третьего закона Ньютона приложены к разным телам (одна к автомобилю, другая к прицепу) и поэтому не могут уравновесить друг друга. Движение прицепа определяется равнодействующей всех сил, приложенных именно к нему. Он начинает двигаться, когда сила тяги со стороны автомобиля становится больше, чем силы сопротивления (трения и сопротивления воздуха), действующие на сам прицеп.