Задание №16 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#44079Задание №16ФИПИ

Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона

Учитель провёл следующий опыт. Взял две одинаковые тележки, к первой из которых прикрепил лёгкую упругую стальную пластинку. Согнул эту пластинку и связал её ниткой, а вторую тележку, на которую поместил груз, приставил к первой так, чтобы она плотно соприкасалась с другим концом пластинки. После пережигания нити пластинка выпрямилась, и обе тележки разъехались на разные расстояния (см. рисунок).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

Тележки взаимодействуют друг с другом силами, направленными
в противоположные стороны.

Ускорения, приобретаемые тележками, зависят от массы тележек.

Расстояния, на которые разъезжаются тележки, зависят от упругих свойств пластинки.

Расстояния, на которые разъезжаются тележки, зависят только от трения между колёсами тележек и поверхностью демонстрационного стола.

Ускорения, приобретённые тележками при распрямлении пластинки, равны по модулю.

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для правильного выбора утверждений проанализируем условия опыта и его результаты, опираясь на законы механики и данные рисунка.

1) Анализ взаимодействия. В начальный момент тележки неподвижны. После пережигания нити упругая пластинка распрямляется и толкает обе тележки. Согласно третьему закону Ньютона, тела взаимодействуют с силами, равными по модулю и противоположными по направлению: $\vec{F}_{1} = -\vec{F}_{2}$ . Тот факт, что тележки разъезжаются в разные стороны от исходной точки, подтверждает, что силы взаимодействия направлены противоположно. Утверждение № 1 верно.

2) Анализ ускорений и масс. На рисунке видно, что вторая тележка нагружена дополнительным грузом, то есть её масса $m_{2}$ больше массы первой тележки $m_{1}$ . После взаимодействия тележки проходят разные расстояния: $L_{1} > L_{2}$ . Это означает, что первая (легкая) тележка приобрела большую начальную скорость и, следовательно, большее ускорение в процессе взаимодействия. Согласно второму закону Ньютона $a = \frac{F}{m}$ , при одинаковой силе воздействия ускорение обратно пропорционально массе тела. Опыт наглядно демонстрирует, что результат взаимодействия (приобретённая скорость и пройденный путь) зависит от массы тел. Утверждение № 2 верно.

3) Анализ утверждения № 3. Хотя физически пройденное расстояние действительно зависит от потенциальной энергии упругой деформации пластинки, данный опыт не позволяет это подтвердить, так как в эксперименте использовалась только одна пластинка с фиксированными свойствами. Сравнение с другой пластинкой не проводилось.

4) Анализ утверждения № 4. Расстояние зависит не только от трения, но и от начальной скорости, которую тележки получили при распрямлении пластинки, а также от их массы. Слово «только» делает это утверждение неверным.

5) Анализ утверждения № 5. Так как массы тележек различны ( $m_{1} < m_{2}$ ), а силы взаимодействия равны, то по второму закону Ньютона ускорения будут различаться: $a_{1} = \frac{F}{m_{1}}$ и $a_{2} = \frac{F}{m_{2}}$ . Ускорение легкой тележки будет больше. Утверждение неверно.

Таким образом, результатам опыта соответствуют утверждения 1 и 2.

Ответ: 12

Источник: ФИПИ