Задание №5 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Мяч, неподвижно лежавший на столике в вагоне равномерно и прямолинейно движущегося поезда, вдруг покатился вперёд по направлению движения поезда. Что можно сказать о скорости движения поезда в этот момент времени?
Поезд в этот момент времени стал тормозить, а мяч по инерции продолжил движение относительно Земли с прежней скоростью.
Поезд в этот момент времени стал ускоряться, при этом лёгкий мяч получил большее ускорение.
Скорость мяча не зависит от скорости поезда; возможно, из-за открытых окон в вагоне возник сквозняк.
В этот момент времени поезд начал резкий подъём в гору.
Правильный ответ
1
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи воспользуемся понятием инерции и первым законом Ньютона.
1. Физическое явление: Инерция — это свойство тел сохранять свою скорость (как по модулю, так и по направлению), если на них не действуют другие тела или действия этих тел скомпенсированы. В системе отсчёта, связанной с Землёй, мяч движется вместе с поездом с некоторой постоянной скоростью .
2. Анализ ситуации: Когда поезд движется равномерно и прямолинейно, мяч находится в покое относительно столика, так как его скорость совпадает со скоростью поезда. Если мяч внезапно покатился вперёд по направлению движения, это означает, что его скорость относительно Земли в первый момент времени осталась прежней, а скорость самого поезда (и столика) уменьшилась.
3. Применение законов: При торможении поезда его скорость становится меньше . Мяч же, в силу инерции, стремится сохранить свою прежнюю скорость . В результате мяч начинает опережать поезд, что наблюдателю внутри вагона кажется движением мяча вперёд.
4. Разбор других вариантов:
— Если бы поезд начал ускоряться (вариант 2), мяч по инерции "отстал" бы от него и покатился назад.
— Сквозняк (вариант 3) является внешним фактором, который не рассматривается как основная причина в задачах на инерцию, если не указано иное.
— При подъёме в гору (вариант 4) под действием силы тяжести мяч покатился бы назад относительно направления движения.
Таким образом, единственным логичным объяснением является торможение поезда.
Ответ: 1
Источник: ФИПИ