Задание №5 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Мяч, неподвижно лежавший на столике в вагоне равномерно и прямолинейно движущегося поезда, вдруг покатился назад, противоположно 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, а мяч по инерции продолжил движение относительно Земли с прежней скоростью.
Скорость мяча не зависит от скорости поезда; возможно, из-за открытых окон в вагоне возник сквозняк.
В этот момент времени поезд начал резкий спуск с горы.
Правильный ответ
2
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи воспользуемся законом инерции (Первым законом Ньютона). Согласно этому закону, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или действие сил скомпенсировано.
1) Исходное состояние: Поезд движется равномерно и прямолинейно. Мяч лежит на столе неподвижно относительно вагона. Это значит, что скорость мяча относительно Земли равна скорости поезда.
2) Анализ явления: Когда мяч внезапно покатился назад (в сторону, противоположную направлению движения поезда), это означает, что вагон изменил свою скорость, а мяч в силу инерции стремится сохранить свою прежнюю скорость относительно Земли.
3) Рассуждение: Представим, что поезд едет вправо. Мяч тоже движется вправо с той же скоростью. Если поезд резко увеличит скорость (начнёт ускоряться), то за малый промежуток времени вагон «уедет» вперёд дальше, чем мяч, который пытается сохранить свою старую, меньшую скорость. В системе отсчёта «вагон» нам будет казаться, что мяч покатился назад.
4) Проверка других вариантов:
— Если бы поезд начал тормозить, мяч по инерции продолжил бы движение с большей скоростью и покатился бы вперёд (по направлению движения поезда).
— Вариант со сквозняком является маловероятным физическим фактором в контексте задач на инерцию.
— Спуск с горы вызвал бы иное распределение сил, и мяч скорее покатился бы вперёд под действием составляющей силы тяжести.
Таким образом, движение мяча назад относительно поезда свидетельствует о том, что поезд начал двигаться быстрее (ускоряться).
Ответ: 2
Источник: ФИПИ