1 Сформулируйте третий закон Ньютона.
Третий закон Ньютона формулируется так: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположно направленными. Это значит, что если одно тело оказывает воздействие на другое, то второе отвечает ему силой той же величины, но направленной в противоположную сторону.
2 Что называют весом тела?
Весом тела называют силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Иными словами, это не просто сила тяжести, а та сила, которая возникает, когда тело опирается на поверхность или натягивает нить.
3 Приведите пример тела, находящегося в состоянии невесомости.
Пример состояния невесомости — космонавт, находящийся внутри космического корабля, движущегося по орбите вокруг Земли. Он и корабль одновременно падают в поле тяготения Земли, но не упираются в опору, поэтому сила реакции опоры равна нулю, и человек перестаёт ощущать собственный вес.
1 Верёвка выдерживает силу натяжения, модуль которой равен 100 Н. Порвётся ли верёвка, если её тянуть за концы в противоположные стороны с силами, каждая из которых по модулю равна 70 Н?
Если за оба конца тянут с силами по 70 Н в противоположные стороны, то в любой поперечном сечении верёвки действует натяжение величиной 70 Н. Это потому, что натяжение в идеальной нерастяжимой верёвке равно силе, с которой её тянут, а силы на концах уравновешивают друг друга. Поскольку 70 Н меньше предельной прочности 100 Н, верёвка не порвётся.
2 Представьте, что вы стоите на полу лифта. Определите действующую на вас силу нормальной реакции опоры и ваш вес в случаях, когда лифт: а) равномерно поднимается; 6) равномерно опускается; в) свободно падает; г) поднимается, разгоняясь с ускорением, модуль которого равен 5 м/с2; д) поднимается, тормозя с ускорением, модуль которого равен 5 м/с2; е) опускается, разгоняясь с ускорением, модуль которого равен 5 м/с2; ж) опускается, тормозя с ускорением, модуль которого равен 5 м/с2.
Вес тела как сила тяжести равен mg и не зависит от движения лифта, это постоянная сила, направленная вниз. Под нормальной реакцией опоры N понимаю ту силу, с которой пол действует на вас, и именно её вы ощущаете как «кажущийся» вес. При анализе удобно считать вверх положительным направлением и пользоваться вторым законом Ньютона в виде N − mg = ma, где a обозначает ускорение лифта относительно земли положительное вверх.
а) Равномерный подъём значит a равен нулю, поэтому уравнение даёт N = mg. Нормальная реакция равна весу и ощущаемый вес совпадает с истинным mg.
б) Равномерное опускание также соответствует a = 0, поэтому снова N = mg и вы ощущаете обычный вес mg.
в) Свободное падение означает, что лифт и вы падаете с ускорением g вниз, то есть a = −g. Подстановка в формулу даёт N − mg = m(−g) откуда N = 0. Нормальная реакция равна нулю, вы находитесь в состоянии невесомости, хотя сила тяжести mg по-прежнему действует на вас.
г) Подъём с ускорением вверх с модулем 5 м/с² означает a = +5 м/с². Тогда N = m(g + 5). Нормальная реакция больше mg, вы чувствуете себя тяжелее.
д) Подъём с торможением значит лифт движется вверх, но ускорение направлено вниз с модулем 5 м/с², то есть a = −5 м/с². Подстановка даёт N = m(g − 5). Нормальная реакция меньше mg и вы ощущаете себя легче, при условии что g больше 5 м/с².
е) Опускание с разгонением означает движение вниз с ускорением вниз 5 м/с², то есть a = −5 м/с². Формула снова даёт N = m(g − 5). Нормальная реакция уменьшится по сравнению с mg.
ж) Опускание с торможением означает движение вниз, но ускорение направлено вверх с модулем 5 м/с², то есть a = +5 м/с². Тогда N = m(g + 5) и вы будете чувствовать себя тяжелее.