Номер 24, страница 212 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Решение

С точки зрения физики, то, что произошло с возами сена, объясняется понятиями центра масс, инерции и устойчивости тел при движении по криволинейной траектории.

Когда воз, груженый сеном, совершает поворот, на него действуют две основные силы, создающие вращательные моменты относительно точки опоры (внешних колес): сила тяжести и сила инерции.

1. Центр масс и устойчивость. Воз с сеном — это объект с высоким центром масс. Устойчивость тела определяется тем, сможет ли вертикальная линия, проведенная через его центр масс, оставаться в пределах площади опоры (прямоугольника между колесами). Чем выше центр масс, тем тело менее устойчиво, так как даже небольшой наклон может сместить проекцию центра масс за пределы площади опоры.

2. Силы на повороте. При движении по дуге окружности (на «крутом повороте») тело стремится по инерции сохранить направление своего движения, то есть двигаться прямолинейно. В системе отсчета, связанной с возом, это проявляется как действие «центробежной» силы инерции, которая приложена к центру масс и направлена от центра поворота. Эта сила создает опрокидывающий момент $M_{опр}$. Ему противостоит восстанавливающий момент $M_{восст}$, создаваемый силой тяжести, которая также приложена к центру масс и направлена вертикально вниз.Воз опрокинется, если опрокидывающий момент превысит восстанавливающий:$M_{опр} > M_{восст}$

3. Почему перевернулся воз сына. Сын не предпринял никаких действий. На крутом повороте, вероятно, совершенном на достаточной скорости, центробежная сила инерции создала большой опрокидывающий момент. Из-за высокого центра масс (сено сложено высоко) этот момент оказался больше восстанавливающего момента от силы тяжести, и воз перевернулся.

4. Почему устоял воз отца. Отец, «подпер свой воз плечом», приложил к нему дополнительную внешнюю силу. Эта сила создала дополнительный восстанавливающий момент, который помог скомпенсировать опрокидывающий момент от силы инерции. Фактически, отец помог возу сохранить равновесие, не дав проекции центра масс выйти за пределы площади опоры.

Ответ:

Воз сына перевернулся на повороте из-за действия центробежной силы инерции, которая создала опрокидывающий момент, превысивший восстанавливающий момент от силы тяжести. Это произошло потому, что воз, груженый сеном, имел высокий центр масс и был неустойчив. Отец предотвратил опрокидывание своего воза, приложив внешнюю силу (подперев его плечом) и создав таким образом дополнительный восстанавливающий момент.