Ответьте на вопросы, страница 98 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему в игре «перетягивание канатов», вопреки третьему закону Ньютона, есть победители?

2. Почему при равенстве сил взаимодействия лошадь тащит тележку, а не тележка лошадь?

3. Почему при столкновении шаров различной массы на большее расстояние отлетает шар меньшей массы?

4. Почему силы взаимодействия двух тел не компенсируют друг друга?

5. Почему парой силы тяжести в третьем законе Ньютона не может быть сила реакции опоры?

1. Почему в игре «перетягивание канатов», вопреки третьему закону Ньютона, есть победители?

Третий закон Ньютона утверждает, что силы, с которыми две команды действуют на канат, действительно равны по модулю и противоположны по направлению. Если рассматривать только канат, то он находится под действием двух равных сил, и его ускорение зависит от разности этих сил и сил, приложенных к нему извне. Однако победа или поражение в перетягивании каната определяется не силами, действующими на канат, а результирующей силой, действующей на каждую команду. Движение команды зависит от двух основных горизонтальных сил: силы натяжения каната, тянущей команду вперед, и силы трения покоя между обувью игроков и землей, которая направлена назад. Команда побеждает, если ее игроки могут упереться в землю и создать большую силу трения, чем сила натяжения каната. Победившая команда отталкивается от земли с большей силой. По третьему закону Ньютона, земля толкает эту команду вперед с силой, которая превышает силу натяжения каната. В то же время проигрывающая команда не может создать достаточную силу трения с землей, и сила натяжения каната оказывается больше, чем сила трения, что приводит к их движению в сторону соперника. Таким образом, исход соревнования решает взаимодействие команд с землей, а не друг с другом через канат.

Ответ: Победа в перетягивании каната определяется не равенством сил, действующих на канат, а способностью одной из команд создать большую силу трения с поверхностью земли, что позволяет ей преодолеть силу натяжения каната.

2. Почему при равенстве сил взаимодействия лошадь тащит тележку, а не тележка лошадь?

Этот вопрос, как и предыдущий, связан с правильным применением законов Ньютона. Сила, с которой лошадь тянет тележку, действительно равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой тележка тянет лошадь. Это пара сил «действие-противодействие» из третьего закона Ньютона. Однако эти силы приложены к разным телам (одна к тележке, другая к лошади) и поэтому не могут уравновесить друг друга. Чтобы понять, почему происходит движение, нужно рассмотреть все силы, действующие на каждое тело в отдельности. Лошадь движется вперед, потому что сила, с которой земля отталкивает ее копыта вперед (сила трения), больше, чем сила, с которой тележка тянет ее назад. Тележка движется вперед, потому что сила, с которой лошадь тянет ее вперед, больше, чем сумма сил сопротивления движению тележки (трение в осях, сопротивление воздуха). Лошадь способна приложить к земле значительную силу, отталкиваясь назад, и получить в ответ от земли достаточную для движения вперед силу трения. Таким образом, движение всей системы «лошадь-тележка» возможно благодаря взаимодействию лошади с землей.

Ответ: Лошадь тащит тележку, потому что сила трения, действующая на лошадь со стороны земли и направленная вперед, больше, чем сила сопротивления, с которой тележка действует на лошадь. Силы взаимодействия лошади и тележки равны, но они приложены к разным телам.

3. Почему при столкновении шаров различной массы на большее расстояние отлетает шар меньшей массы?

Во время столкновения, согласно третьему закону Ньютона, шары действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Обозначим эту силу как $F$. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела $a$ связано с действующей на него силой $F$ и массой $m$ соотношением $F = ma$. Поскольку сила $F$, действующая на оба шара в момент удара, одинакова, мы можем записать:
$F = m_1 a_1$ для первого шара и $F = m_2 a_2$ для второго шара.
Отсюда следует, что $m_1 a_1 = m_2 a_2$. Из этого равенства видно, что ускорение, которое получает каждый шар, обратно пропорционально его массе: $a = F/m$. Следовательно, шар с меньшей массой (например, $m_1$) получит большее ускорение ($a_1 > a_2$), чем шар с большей массой ($m_2$). Большее ускорение за одинаковое время взаимодействия приводит к большему изменению скорости. В результате шар меньшей массы приобретает большую скорость после столкновения и, как следствие, отлетает на большее расстояние.

Ответ: При столкновении на оба шара действует одинаковая по величине сила. Согласно второму закону Ньютона ($a=F/m$), тело с меньшей массой получает большее ускорение, приобретает большую скорость и поэтому отлетает на большее расстояние.

4. Почему силы взаимодействия двух тел не компенсируют друг друга?

Силы взаимодействия двух тел, описываемые третьим законом Ньютона (силы действия и противодействия), не компенсируют друг друга, потому что они приложены к разным телам. Компенсация (или уравновешивание) сил возможна только в том случае, если эти силы приложены к одному и тому же телу. Например, если на книгу, лежащую на столе, действуют сила тяжести (направлена вниз) и сила реакции опоры (направлена вверх), эти силы компенсируют друг друга, так как они обе приложены к книге, равны по модулю и противоположны по направлению. Результирующая сила равна нулю, и книга покоится. Силы же действия и противодействия всегда действуют на разные объекты. Сила, с которой тело А действует на тело Б, приложена к телу Б. Сила, с которой тело Б действует на тело А, приложена к телу А. Складывать силы, приложенные к разным телам, для определения их результирующей бессмысленно.

Ответ: Силы взаимодействия двух тел (действие и противодействие) не компенсируют друг друга, так как они приложены к разным телам. Уравновесить друг друга могут только силы, приложенные к одному и тому же телу.

5. Почему парой силы тяжести в третьем законе Ньютона не может быть сила реакции опоры?

Сила тяжести и сила реакции опоры не являются парой "действие-противодействие" по двум основным причинам.
1. Точки приложения сил. Силы действия и противодействия всегда приложены к разным телам. В случае тела, лежащего на опоре, и сила тяжести (со стороны Земли), и сила реакции опоры (со стороны опоры) приложены к одному и тому же телу. Именно поэтому они могут уравновешивать друг друга, приводя к состоянию покоя.
2. Природа сил. Силы действия и противодействия всегда имеют одинаковую физическую природу. Сила тяжести — это гравитационная сила, возникающая из-за взаимодействия тела с гравитационным полем Земли. Сила реакции опоры — это сила упругости, имеющая электромагнитную природу и возникающая при деформации опоры под весом тела.
Парой для силы тяжести, действующей на тело со стороны Земли, является сила, с которой это тело притягивает Землю. Эта сила приложена к центру Земли, она равна по модулю силе тяжести и направлена к телу. Парой для силы реакции опоры, действующей на тело со стороны опоры, является сила давления (вес), с которой тело действует на опору. Эта сила приложена к опоре.

Ответ: Сила тяжести и сила реакции опоры не являются парой сил в третьем законе Ньютона, потому что они, во-первых, приложены к одному и тому же телу, а во-вторых, имеют разную физическую природу (гравитационную и электромагнитную соответственно).