Задача 1. Подводная лодка покоится в толще воды. Укажите, действие каких тел компенсируется. Что можно сказать о равнодействующей всех сил, действующих на лодку? Задача 2.…
Задача 1. Подводная лодка покоится в толще воды. Укажите, действие каких тел компенсируется. Что можно сказать о равнодействующей всех сил, действующих на лодку? Задача 2. Парашютист спускается равномерно и прямолинейно. Объясните, действие каких тел компенсируется. Как изменится движение парашютиста, если он раскроет парашют вдвое большей площади? Задача 3. Мальчик держит на нити шарик, наполненный водородом. Действия каких тел взаимно компенсируются, если шарик находится в состоянии покоя? Что произойдёт, если мальчик отпустит нить? Задача 4. Может ли автомобиль двигаться равномерно по горизонтальному шоссе с выключенным двигателем? Ответ обоснуйте, опираясь на первый закон Ньютона.
Анализ сил, действующих на воздушный шар
Я размышляю о силах, действующих на воздушный шар. Вниз действует сила тяжести Земли, а вверх — подъёмная сила воздуха, наряду с натяжением нити. Когда шар находится в состоянии покоя, все эти силы должны в сумме давать ноль. Я хочу включить фразу о том, что силы уравновешены, возможно, сосредоточившись на том, упоминать ли все три силы или только фразу по-русски: «действия воздуха и Земли компенсируются действием нити».
Анализ движения автомобиля
Я размышляю о первом законе Ньютона, который гласит: если равнодействующая сил равна нулю, тело должно сохранять равномерное прямолинейное движение. Поэтому, если двигатель автомобиля выключен, такие силы, как сопротивление воздуха и трение, действуют противоположно движению, заставляя автомобиль замедляться. Теоретически он мог бы двигаться равномерно? Возможно, в идеальных условиях, при отсутствии сопротивления, или при движении под уклон. Но в действительности на горизонтальной дороге при выключенном двигателе он не может сохранять скорость из-за неуравновешенных горизонтальных сил.
Изучение вопросов из учебника
Похоже, вопрос заключается в том, может ли автомобиль двигаться равномерно по горизонтальной дороге при выключенном двигателе. Я обдумываю, может ли он компенсировать силы сопротивления. Вероятно, нет. Следует сослаться на типичные задачи из учебника, возможно, из главы о первом законе Ньютона. Задание предполагает, что я объясню свой ответ на основе этого закона, а это означает, что без уравновешенных сил автомобиль не будет сохранять равномерное движение при выключенном двигателе.
Краткий ответ
Действия Земли и воды компенсируются: сила тяжести равна выталкивающей силе. Равнодействующая равна нулю: \(\vec R=0\).
Действия Земли и воздуха компенсируются: сила тяжести равна силе сопротивления воздуха. При раскрытии парашюта сопротивление увеличится, поэтому парашютист сначала замедлит падение, а затем будет спускаться равномерно с меньшей скоростью.
Сила Архимеда со стороны воздуха уравновешивается силой тяжести и натяжением нити. После отпускания нити шарик начнёт подниматься вверх.
В реальных условиях автомобиль с выключенным двигателем не может долго двигаться равномерно: сила сопротивления движению не компенсируется, поэтому автомобиль замедляется. На идеально гладком шоссе без сопротивления равномерное движение было бы возможно.
Ключевые шаги и объяснение
Если тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, его ускорение равно нулю. По второму закону Ньютона:
\[ \vec R=m\vec a=0. \]
Задача 1.
На лодку действуют:
- сила тяжести \(F_{\text{тяж}}\) — вниз;
- выталкивающая сила воды \(F_A\) — вверх.
Так как лодка покоится:
\[ F_A=F_{\text{тяж}}, \qquad \vec R=0. \]
Задача 2.
При равномерном спуске:
\[ F_{\text{сопр}}=F_{\text{тяж}}. \]
После раскрытия парашюта его площадь становится вдвое больше, поэтому сила сопротивления воздуха возрастает. Она становится больше силы тяжести, и равнодействующая направлена вверх — противоположно скорости падения. Поэтому парашютист замедляется. Затем устанавливается новая равномерная скорость, меньшая прежней.
Задача 3.
На шарик действуют:
- сила Архимеда \(F_A\) — вверх;
- сила тяжести \(F_{\text{тяж}}\) — вниз;
- сила натяжения нити \(T\) — вниз.
В состоянии покоя:
\[ F_A=F_{\text{тяж}}+T. \]
После отпускания нити \(T=0\), поэтому \(F_A>F_{\text{тяж}}\). Равнодействующая направлена вверх, и шарик начнёт подниматься.
Задача 4.
Сила тяжести и реакция дороги направлены вертикально и компенсируются. Но при выключенном двигателе остаются силы сопротивления качению и воздуха, направленные против движения. Поэтому равнодействующая направлена назад, и автомобиль движется замедленно.
