Номер 34, страница 215 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

В описанной ситуации космонавту помогает вернуться к станции закон сохранения импульса. Этот закон является фундаментальным законом физики и тесно связан с третьим законом Ньютона.

Систему, состоящую из космонавта и сжатого воздуха в его устройстве («пистолетах»), можно считать замкнутой, так как в открытом космосе внешние силы (например, гравитация далеких объектов) пренебрежимо малы.

Импульс является векторной величиной, равной произведению массы тела на его скорость ($ \vec{p} = m \cdot \vec{v} $). Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

До того как космонавт выпускает струю воздуха, он и воздух внутри устройства движутся вместе. В системе отсчета, связанной с самим космонавтом, их суммарный начальный импульс равен нулю.$ \vec{p}_{начальный} = 0 $

Когда космонавт «спускает крючок», из сопел вырывается сжатый воздух. Эта масса воздуха ($m_{воздуха}$) приобретает скорость ($\vec{v}_{воздуха}$) и, соответственно, импульс ($\vec{p}_{воздуха}$), направленный от космонавта.$ \vec{p}_{воздуха} = m_{воздуха} \cdot \vec{v}_{воздуха} $

Поскольку суммарный импульс системы должен сохраниться и остаться равным нулю, сам космонавт ($m_{космонавта}$) должен приобрести импульс ($\vec{p}_{космонавта}$), равный по величине и противоположный по направлению импульсу, унесенному струей воздуха.$ \vec{p}_{конечный} = \vec{p}_{космонавта} + \vec{p}_{воздуха} = 0 $Следовательно:$ \vec{p}_{космонавта} = - \vec{p}_{воздуха} $$ m_{космонавта} \cdot \vec{v}_{космонавта} = - m_{воздуха} \cdot \vec{v}_{воздуха} $

Таким образом, космонавт получает скорость, направленную в сторону, противоположную направлению вылетающей струи воздуха. Направив «пистолеты» в сторону от космической станции, он создает реактивную тягу, которая толкает его обратно к станции.

Этот же эффект можно описать и с помощью третьего закона Ньютона: сила, с которой устройство действует на вылетающий воздух, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой воздух действует на устройство (и на космонавта). Именно эта сила противодействия (реактивная сила) и сообщает космонавту ускорение в нужном направлении.

Ответ: Космонавту помогает закон сохранения импульса, лежащий в основе реактивного движения. Этот закон является следствием третьего закона Ньютона.