Номер 2, страница 85 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

2. На нити, перекинутой через неподвижный блок, висят два груза (рис. 122). Определите и изобразите силы, действующие на блок, на нить и на каждый из грузов. Укажите, какие из этих сил связаны между собой третьим законом Ньютона.

Рис. 122

Определите и изобразите силы, действующие на блок, на нить и на каждый из грузов

Проанализируем силы, действующие на каждый элемент системы. Поскольку графическое изображение в данном формате невозможно, мы детально опишем каждую силу, указав точку ее приложения, направление и физическую природу.

Силы, действующие на каждый из грузов

На каждый из двух грузов действуют по две силы:

• На груз массой $m_1$ (больший):

  • Сила тяжести $\vec{P_1} = m_1\vec{g}$, приложенная к центру масс груза и направленная вертикально вниз. Это сила гравитационного притяжения со стороны Земли.

  • Сила натяжения нити $\vec{T_1}$, приложенная к точке крепления груза к нити и направленная вертикально вверх. Это сила упругости со стороны нити.

• На груз массой $m_2$ (меньший):

  • Сила тяжести $\vec{P_2} = m_2\vec{g}$, приложенная к центру масс груза и направленная вертикально вниз.

  • Сила натяжения нити $\vec{T_2}$, приложенная к точке крепления груза к нити и направленная вертикально вверх.

Силы, действующие на нить

Если рассматривать нить как отдельный объект (в идеализированной модели — невесомый и нерастяжимый), на нее действуют следующие силы:

• Сила $\vec{T'_1}$ со стороны первого груза, приложенная к левому концу нити и направленная вертикально вниз.

• Сила $\vec{T'_2}$ со стороны второго груза, приложенная к правому концу нити и направленная вертикально вниз.

• Сила реакции со стороны блока $\vec{F}_{блок \to нить}$, которая действует на участок нити, перекинутый через блок. Эта сила распределена по всей длине контакта нити с блоком.

Силы, действующие на блок

К неподвижному блоку приложены следующие силы:

• Сила тяжести $\vec{P}_{блок}$, приложенная к центру масс блока и направленная вертикально вниз (если блок имеет массу).

• Сила $\vec{T''_{1}}$, с которой левая ветвь нити тянет блок вниз.

• Сила $\vec{T''_{2}}$, с которой правая ветвь нити тянет блок вниз.

• Сила реакции опоры (оси) $\vec{N}$, приложенная к оси блока и направленная вертикально вверх. Эта сила удерживает блок в неподвижном состоянии.

Ответ: На каждый груз действуют сила тяжести (вниз) и сила натяжения нити (вверх). На нить действуют силы со стороны грузов (вниз) и сила реакции блока. На блок действуют его сила тяжести (если он массивный), две силы натяжения от нити (вниз) и сила реакции опоры (вверх).

Укажите, какие из этих сил связаны между собой третьим законом Ньютона

Третий закон Ньютона гласит, что силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению ($\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$). Важно, что силы, составляющие пару "действие-противодействие", всегда приложены к разным телам.

В рассматриваемой системе можно выделить следующие пары сил:

1. Взаимодействие "Груз 1 — Нить": Сила, с которой нить действует на груз 1 ($\vec{T_1}$), и сила, с которой груз 1 действует на нить ($\vec{T'_1}$). Выполняется равенство: $\vec{T_1} = -\vec{T'_1}$.

2. Взаимодействие "Груз 2 — Нить": Сила, с которой нить действует на груз 2 ($\vec{T_2}$), и сила, с которой груз 2 действует на нить ($\vec{T'_2}$). Выполняется равенство: $\vec{T_2} = -\vec{T'_2}$.

3. Взаимодействие "Нить — Блок": Сила, с которой нить действует на блок (векторная сумма сил $\vec{T''_{1}}$ и $\vec{T''_{2}}$), и сила, с которой блок действует на нить ($\vec{F}_{блок \to нить}$).

4. Взаимодействие "Блок — Опора": Сила, с которой опора действует на блок ($\vec{N}$), и сила, с которой блок действует на опору ($\vec{N'}$). Выполняется равенство: $\vec{N} = -\vec{N'}$.

5. Гравитационное взаимодействие с Землей: Для каждого тела (груз 1, груз 2, блок) сила его притяжения к Земле (сила тяжести $\vec{P}$) образует пару с силой притяжения Земли к этому телу ($\vec{P'}$). Например, для груза 1: $\vec{P_1} = -\vec{P'_1}$. Аналогичные пары существуют для второго груза и для блока (если он имеет массу).

Ответ: Парами сил по третьему закону Ньютона являются силы взаимного действия между: каждым из грузов и нитью; нитью и блоком; блоком и его опорой; каждым из тел системы (грузами, блоком) и планетой Земля.