Номер 3, страница 74 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

3. Какими способами можно сравнить массы двух тел? Какой из этих способов можно использовать на орбитальной станции?

Какими способами можно сравнить массы двух тел?

Существует два основных способа сравнения масс двух тел, основанных на различных физических свойствах массы:

1. Гравитационный способ. Этот метод основан на том, что масса является источником гравитационной силы. Мы сравниваем силы тяжести (веса), действующие на тела в гравитационном поле. Вес тела $P$ прямо пропорционален его массе $m$ и ускорению свободного падения $g$ в данной точке: $P = mg$. Для сравнения масс этим способом чаще всего используют рычажные весы. Если поместить на чаши весов два тела и весы придут в равновесие, это означает, что силы тяжести, действующие на них, равны ($P_1 = P_2$). Поскольку ускорение $g$ одинаково для обоих тел, то равны и их массы: $m_1g = m_2g \implies m_1 = m_2$.

2. Инерционный способ. Этот метод основан на втором свойстве массы — быть мерой инертности тела, то есть его способности сопротивляться изменению скорости под действием силы. Согласно второму закону Ньютона, ускорение $a$, которое приобретает тело, обратно пропорционально его массе при постоянной силе: $a = F/m$. Чтобы сравнить массы двух тел ($m_1$ и $m_2$), можно привести их во взаимодействие (например, столкнуть) или поочередно приложить к ним одинаковую силу $F$ и измерить их ускорения $a_1$ и $a_2$. Тело с большей массой (более инертное) получит меньшее ускорение. Отношение масс будет равно обратному отношению их ускорений: $\frac{m_1}{m_2} = \frac{a_2}{a_1}$.

Ответ: Массы двух тел можно сравнить гравитационным способом (сравнивая их вес, например, с помощью рычажных весов) или инерционным способом (сравнивая их инертность, например, по ускорениям, которые они получают от одинаковой силы).

Какой из этих способов можно использовать на орбитальной станции?

На орбитальной станции, которая движется по орбите вокруг Земли, наблюдается состояние невесомости. Это происходит потому, что станция и все тела в ней находятся в состоянии постоянного свободного падения. В этих условиях вес тел практически равен нулю ($P \approx 0$), так как сила гравитационного притяжения "компенсируется" движением по орбите.

Из-за отсутствия веса гравитационный способ сравнения масс становится неприменимым. Рычажные весы не смогут сравнить тела, так как на них не действует сила, которая могла бы их наклонить. Пружинные весы, измеряющие вес, также покажут ноль.

Однако инертность является внутренним, неотъемлемым свойством тела и не исчезает в невесомости. Любое тело на станции по-прежнему будет сопротивляться изменению своей скорости. Поэтому на орбитальной станции для измерения и сравнения масс используют исключительно инерционный способ. В космосе применяют специальные приборы — масс-метры (инерционные весы). Принцип их действия может быть основан, например, на измерении периода колебаний тела, закрепленного на пружине. Так как период $T$ зависит от массы ($T = 2\pi\sqrt{m/k}$, где $k$ — жесткость пружины), его измерение позволяет точно вычислить массу.

Ответ: На орбитальной станции можно использовать только инерционный способ сравнения масс, так как в условиях невесомости гравитационный способ (взвешивание) не работает.