← Вернуться в журнал

Готовые ответы

Ключ сохранён

Динамика. Законы Ньютона. Закон всемирного тяготения

Все задания собраны по порядку. Правильные варианты выделены — можно быстро свериться и разобрать ошибки.

10 заданийОтветы отмеченыПо порядку теста
01

Числовой ответ

Задание 1 из 10

Решите задачу. Метеорологическому зонду массой 2,5кг2,5 кг нужно подняться на высоту 30−40км30-40 км. Во время взлёта на зонд действует сила Архимеда, равная 27,9Н27,9 Н. Вычислите силу тяжести, действующую на зонд, и его ускорение во время взлёта. Примите g=10м/с2g=10 м/с^2 .

Picture1.jpgОткрыть изображение ↗

Сила тяжести, действующая на зонд (округлите до целых), Fт=F_т= поле ответа 1 НН. Ускорение движения зонда (округлите до сотых) a=a= поле ответа 2 м/с2м/с^2 .

Ответы по полямПолей: 2
Поле 125
Поле 21,16
Показать объяснение

Дано:

m=2,5кгm=2,5 кг

30км≤h≤40км30 км ≤h ≤40 км

FА=27,9НF_А=27,9 Н

g=10м/с2g=10 м/с^2

Найти:

Fт−?F_т - ?

a−?a - ?

Решение На зонд при взлёте действуют две силы: сила тяжести Fт⃗\vec{F_т}, направленная вертикально вниз, и выталкивающая сила Архимеда FА⃗\vec{F_А} , направленная вертикально вверх. Силу тяжести можно найти:

Fт=mg=2,5кг⋅10м/с2=25НF_т=mg=2,5 кг\cdot10 м/с^2 =25 Н.

Запишем второй закон Ньютона, считая, что зонд движется в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй:

Fт⃗+FА⃗=ma⃗\vec{F_т}+\vec{F_А}=m\vec{a}.

Введём координатную ось, направленную вертикально вверх, и спроецируем на неё векторы сил и ускорения. Так как зонд движется вверх, то его ускорение также направлено вверх:

−Fт+FА=ma-F_т+F_А=ma. Отсюда:

a=FA−FTm=27,9 H−25 H2,5 кг=1,16 мс2a = \frac{F_A - F_T}{m} = \frac{27{,}9 \, \text{H} - 25 \, \text{H}}{2{,}5 \, \text{кг}} = 1{,}16 \, \frac{\text{м}}{\text{с}^2}

02

Краткий ответ

Задание 2 из 10

Выберите правильные ответы из предложенных. При помощи автоматической лебёдки груз поднимают наверх, при этом скорость движения груза увеличивают от состояния покоя до 7м/с7 м/с в течение 5с5 с. Определите указанные значения и заполните пропуски.

1. Модуль ускорения движения груза a=a= поле ответа 1 м/с2м/с^2 . 2. Ускорение груза направлено поле ответа 2. 3. В этом случае груз обладает поле ответа 3 весом.

Ответы по полямПолей: 3
Поле 11,4
Поле 2вертикально вверх
Поле 3повышенным
Показать объяснение

Дано:

υ0=0\upsilon_0 = 0 м/с υ=7\upsilon = 7 м/с Δt=5\Delta t = 5 с

Найти:

∣a⃗∣|\vec{a}| - ?

Направление ускорения - ? Изменение веса груза - ?

Решение

Движение груза равноускоренное. Ускорение груза можно найти как отношение изменения скорости к интервалу времени, за которое произошло изменение:

a=υ−υ0Δt=7 м/с−0 м/с5 с=1,4 м/с2a=\frac{\upsilon-\upsilon_0}{\Delta t}=\frac{7\ \text{м/с}-0\ \text{м/с}}{5\ \text{с}}=1{,}4\ \text{м/с}^2.

Так как скорость груза возрастает, то делаем вывод, что ускорение направлено так же, как и скорость груза, то есть вертикально вверх.

Теперь рассмотрим силы, которые действуют на груз: сила тяжести F⃗т\vec{F}_{\text{т}}, направленная вертикально вниз, и сила натяжения троса лебёдки, направленная вертикально вверх (можно считать, что это эквивалент силы реакции опоры N⃗\vec{N}).

1) Запишем второй закон Ньютона, применяя его в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, для случая, если бы груз покоился на подвесе. В этом случае равнодействующая приложенных к нему сил была бы равна нулю:

F⃗т+N⃗=0\vec{F}_{\text{т}}+\vec{N}=0.

Введём координатную ось, направленную вертикально вверх. В проекциях на эту ось получим:

Fт=N=mgF_{\text{т}}=N=mg,

где mm — масса груза, gg — ускорение свободного падения.

По третьему закону Ньютона вес и сила реакции опоры составляют так называемую ньютоновскую пару сил, тогда:

∣P⃗∣=∣N⃗∣|\vec{P}|=|\vec{N}|.

Вес P⃗\vec{P}, с которым действует подвес на груз, равен по величине силе, с которой на него действует подвес, N⃗\vec{N}. Тогда получим:

P=N=mgP=N=mg.

2) Теперь запишем второй закон Ньютона, применяя его в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, для нашего случая, когда груз движется с ускорением a⃗\vec{a}:

F⃗т+N⃗=ma⃗\vec{F}_{\text{т}}+\vec{N}=m\vec{a}.

Введём координатную ось, направленную вертикально вверх. В проекциях на эту ось получим:

−Fт+N=ma-F_{\text{т}}+N=ma.

Выразим силу реакции опоры:

N=ma+Fт=ma+mg=m(a+g)N=ma+F_{\text{т}}=ma+mg=m(a+g).

По третьему закону Ньютона в этом случае вес груза:

P=N=m(a+g)P=N=m(a+g).

Сравнивая величину веса груза в покое и при движении, можно сказать, что груз обладает увеличенным весом.

Ответ: a=1,4 м/с2a=1{,}4\ \text{м/с}^2; ускорение направлено вертикально вверх; груз обладает увеличенным весом.

03

Правильный порядок

Задание 3 из 10

Перетащите элементы, расставив их в верной последовательности. Расставьте по порядку сверху вниз законы Ньютона с первого по третий.

Правильный порядокШагов: 3
  1. Вводит понятие инерциальной системы отсчёта.
  2. Устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой и ускорением тела.
  3. Устанавливает взаимосвязь между силами, с которыми взаимодействуют две материальные точки.
Показать объяснение

Законы, которые в своё время ввёл Исаак Ньютон, составляют основу динамики классической механики.

Первый закон Ньютона вводит понятие инерциальной системы отсчёта — это модель, идеализированная система, в рамках которой выполняются остальные законы Ньютона.

Второй закон Ньютона устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой и ускорением, которое приобретает тело, в результате действия этой силы. Коэффициентом пропорциональности между этими величинами является масса этого тела. Если её можно считать неизменной, то второй закон Ньютона можно записать как:

F⃗=ma⃗\vec{F}=m\vec{a},

где F⃗\vec{F} — равнодействующая приложенных к телу сил.

Третий закон Ньютона устанавливает взаимосвязь между силами, с которыми взаимодействуют две материальные точки (или тела, которые можно считать материальными точками). Эти силы противоположны по направлению, и равны по модулю (то есть по величине):

∣F12⃗∣=∣F21⃗∣|\vec{F_{12}}|=|\vec{F_{21}}|.

04

Числовой ответ

Задание 4 из 10

Решите задачу. Определите силу притяжения между естественными спутниками Юпитера Ио и Каллисто в момент, когда они находятся на расстоянии 1,4⋅106км1,4 \cdot 10^6 км друг от друга. Форму спутников можно считать шарообразной. Радиусами спутников относительно расстояния между ними пренебречь. Масса Юпитера составляет 1,9⋅1027кг1,9\cdot10^27 кг, масса Ио — 8,9⋅1022кг8,9 \cdot 10^22 кг, масса Каллисто — 1,08⋅1023кг1,08 \cdot 10^23 кг. Гравитационная постоянная G=6,67⋅10−11Н⋅м2кг2G=6,67\cdot10^{-11} \frac{Н \cdot м^2}{кг^2} . Сила притяжения спутников (округлите до десятых) F=F= поле ответа 1 1016Н10^{16} Н.

Правильный ответЧисловое значение
32,7
Показать объяснение

textbfДано:

L=1,4⋅106L = 1{,}4 \cdot 10^6 км

mЮ=1,9⋅1027m_{\text{Ю}} = 1{,}9 \cdot 10^{27} кг

mИ=8,9⋅1022m_{\text{И}} = 8{,}9 \cdot 10^{22} кг

mК=1,08⋅1023m_{\text{К}} = 1{,}08 \cdot 10^{23} кг

G=6,67⋅10−11 Н⋅м2кг2G = 6{,}67 \cdot 10^{-11} \ \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{кг}^2}

СИ:

L=1,4⋅109L = 1{,}4 \cdot 10^9 м

Найти:

Fтяг−?F_{\text{тяг}} - ?

Решение

Сила гравитационного притяжения возникает между всеми объектами, обладающими массой. Если спутники можно считать шарообразными, будет справедлива следующая математическая запись закона всемирного тяготения для данных спутников:

Fтяг=GmИ⋅mКR2F_{\text{тяг}} = G \frac{m_{\text{И}} \cdot m_{\text{К}}}{R^2},

где RR — расстояние между центрами тяжести спутников. Так как спутники можно считать шарообразными, то центры их тяжести совпадут с их геометрическими центрами соответственно. Так как по условию радиусами планет относительно расстояния между ними можно пренебречь, то R=LR = L.

Вычисляем:

Fтяг=6,67⋅10−11 Н⋅м2кг2⋅8,9⋅1022 кг⋅1,08⋅1023 кг(1,4⋅109 м)2≈32,7⋅1016F_{\text{тяг}} = 6{,}67 \cdot 10^{-11} \ \frac{\text{Н} \cdot \text{м}^2}{\text{кг}^2} \cdot \frac{8{,}9 \cdot 10^{22} \ \text{кг} \cdot 1{,}08 \cdot 10^{23} \ \text{кг}}{(1{,}4 \cdot 10^9 \ \text{м})^2} \approx 32{,}7 \cdot 10^{16} Н.

Ответ: F=32,7⋅1016F = 32{,}7 \cdot 10^{16} Н.

05

Краткий ответ

Задание 5 из 10

Выберите правильные ответы из предложенных. На самолёт действуют четыре силы. Их величины указаны в таблице.

Вид силыСила тяги, FтF_тСила сопротивления, FсF_сПодъёмная сила, FпF_пСила тяжести, FтяжF_{тяж}
Модуль силы380кН380 кН380кН380 кН25 кНкН42 кНкН

На рисунке показано только направление действия сил, но не отображены точные размеры векторов сил. Определите искомые величины и заполните пропуски.

Picture2.jpgОткрыть изображение ↗

1. Скорость самолёта в горизонтальном направлении поле ответа 1. 2. Высота полёта самолёта поле ответа 2. 3. Модуль результирующей силы в горизонтальном направлении равен поле ответа 3 кНкН. 4. Модуль результирующей силы в вертикальном направлении равен поле ответа 4 кНкН. 5. Модуль результирующей силы, действующей на самолёт, равен поле ответа 5 кНкН.

Ответы по полямПолей: 5
Поле 1не изменяется
Поле 2уменьшается
Поле 30
Поле 417
Поле 517
Показать объяснение

Дано:

Fт=380F_{\text{т}} = 380 кН

Fс=380F_{\text{с}} = 380 кН

Fп=25F_{\text{п}} = 25 кН

Fтяж=42F_{\text{тяж}} = 42 кН

Найти:

Изменение скорости полёта в горизонтальном направлении - ?

Изменение высоты полёта - ?

∣Fрез x∣|F_{\text{рез}\,x}| - ?

∣Fрез y∣|F_{\text{рез}\,y}| - ?

∣Fрез∣|F_{\text{рез}}| - ?

Решение

Запишем второй закон Ньютона для самолёта, считая, что он движется в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй:

F⃗с+F⃗п+F⃗т+F⃗тяж=ma⃗\vec{F}_{\text{с}} + \vec{F}_{\text{п}} + \vec{F}_{\text{т}} + \vec{F}_{\text{тяж}} = m\vec{a}.

Введём координатные оси: ось OxOx, направленную по направлению движения самолёта, и ось OyOy, направленную вертикально вверх. Проецируя на эти оси, получим:

Fт−Fс=maxF_{\text{т}} - F_{\text{с}} = ma_x;

Fп−Fтяж=−mayF_{\text{п}} - F_{\text{тяж}} = -ma_y.

Так как самолёт может изменять свою скорость в направлении обеих осей, то учитывать будем обе составляющие ускорения самолёта.

Подставим модули сил тяги и сопротивления:

380380 кН −380- 380 кН =max= ma_x;

0=max0 = ma_x;

0=ax0 = a_x.

Отсюда получаем, что скорость самолёта в горизонтальном направлении не изменяется.

Для определения изменения высоты полёта самолёта сравним силы, имеющие ненулевые проекции в вертикальном направлении: сила тяжести превышает подъёмную силу, это значит, что самолёт снижается, и высота полёта уменьшается.

Найдём результирующие силы:

∣Fрез x∣=∣Fт−Fс∣=∣380|F_{\text{рез}\,x}| = |F_{\text{т}} - F_{\text{с}}| = |380 кН −380- 380 кН∣=0| = 0.

∣Fрез y∣=∣Fп−Fтяж∣=∣25|F_{\text{рез}\,y}| = |F_{\text{п}} - F_{\text{тяж}}| = |25 кН −42- 42 кН∣=17| = 17 кН.

Так как в горизонтальном направлении результирующая сила равна нулю, то результирующая сила в общем совпадает с результирующей силой в вертикальном направлении:

∣Fрез∣=∣Fрез y∣=17|F_{\text{рез}}| = |F_{\text{рез}\,y}| = 17 кН.

Ответ: скорость самолёта в горизонтальном направлении не изменяется; высота полёта уменьшается;

∣Fрез x∣=0|F_{\text{рез}\,x}| = 0 кН; ∣Fрез y∣=17|F_{\text{рез}\,y}| = 17 кН; ∣Fрез∣=17|F_{\text{рез}}| = 17 кН.

06

Один вариант

Задание 6 из 10

Выберите правильный вариант ответа. Ниже приведены схематические изображения пружины с подвешенным к ней грузом, а стрелками указаны силы их взаимодействия — P⃗ и F⃗упр\vec{P} \ и \ \vec{F} _{упр}. Стрелками показано только направление сил, рисунок не содержит информацию об их величине. Определите, на какой схеме силы взаимодействия груза и пружины изображены в соответствии с третьим законом Ньютона.

Picture3.jpgОткрыть изображение ↗ Схема 1

Picture4.jpgОткрыть изображение ↗ Схема 2

Picture5.jpgОткрыть изображение ↗ Схема 3

Picture6.jpgОткрыть изображение ↗ Схема 4

Варианты ответаПравильный вариант отмечен
Схема 1
Схема 4Верно
Схема 3
Схема 2
07

Несколько вариантов

Задание 7 из 10

Выберите все верные утверждения. Санки тянут за верёвку, прикладывая к ним силу F ⃗ так, как показано на рисунке. Рассматривайте ситуацию относительно инерциальной системы отсчёта, связанной с Землёй.

Picture7.jpgОткрыть изображение ↗

Варианты ответаВерных вариантов: 3
Основные силы, которые действуют на сани: сила тяжести, сила реакции опоры, сила трения, вес саней и сила, с которой сани тянут.
Равнодействующая всех приложенных к саням сил будет равна нулю.
Сила F⃗\vec{F} не действует вдоль оси OyOy.
Если F⃗\vec{F} станет равна нулю, то сила трения, действующая на сани вдоль оси OxOx, также станет равна нулю.Верно
Вес саней по модулю будет равен силе реакции опоры, действующей на сани.Верно
В проекциях на ось OyOy второй закон Ньютона можно записать: Fт=NF_т=N.
Если сани ещё не сдвинулись с места, то равнодействующая всех приложенных к ним сил равна нулю.Верно
08

Соответствие

Задание 8 из 10

Перетащите ответы из правой части в соответствующее им поле в левой части. Установите соответствие между законами Ньютона и их возможной формульной записью.

Правильные соответствияПар: 5
Левая часть: Ответ в виде изображенияОткрыть изображение ↗
Соответствует: Второй закон Ньютона
Левая часть: Ответ в виде изображенияОткрыть изображение ↗
Соответствует: Третий закон Ньютона
Левая часть: Ответ в виде изображенияОткрыть изображение ↗
Соответствует: Закон всемирного тяготения
Левая часть: Ответ в виде изображенияОткрыть изображение ↗
Соответствует: Третий закон Ньютона
Левая часть: Ответ в виде изображенияОткрыть изображение ↗
Соответствует: Закон всемирного тяготения
Показать объяснение

Второй закон Ньютона устанавливает взаимосвязь между действующей на тело силой и ускорением, которое приобретает тело в результате действия этой силы. Коэффициентом пропорциональности между этими величинами является масса этого тела. Если её можно считать неизменной, то второй закон Ньютона можно записать как:

F⃗=ma⃗\vec{F} = m\vec{a},

где F⃗\vec{F} — равнодействующая приложенных к телу сил.

Третий закон Ньютона устанавливает взаимосвязь между силами, с которыми взаимодействуют две материальные точки (или тела, которые можно считать материальными точками). Эти силы противоположны по направлению и равны по модулю (то есть по величине):

∣F⃗12∣=∣F⃗21∣|\vec{F}_{12}| = |\vec{F}_{21}|.

Силы, которые удовлетворяют этим условиям, называют ньютоновской парой сил. Например, вес тела PP и сила реакции опоры, действующая на это тело, NN являются ньютоновской парой сил; можно записать:

∣P⃗∣=∣N⃗∣|\vec{P}| = |\vec{N}|.

В рамках некоторых задач можно прийти к тому, что вес тела будет численно равен произведению массы тела и ускорения свободного падения P=mgP = mg, но это не является законом и справедливо далеко не всегда.

Также обратите внимание, что по третьему закону Ньютона силы равны именно по модулю, но по направлению противоположны, поэтому запись F⃗12=F⃗21\vec{F}_{12} = \vec{F}_{21} некорректна как формульная запись закона.

Закон всемирного тяготения описывает силу, с которой взаимодействуют тела, обладающие массой. Следующая запись справедлива для случаев, когда оба тела имеют форму шара, когда оба тела можно считать материальными точками или когда одно тело большой массы и имеет форму шара, а второе, наоборот, малой массы в сравнении с первым и может иметь произвольную форму:

Fтяг=Gm1m2R2F_{\text{тяг}} = G \dfrac{m_1 m_2}{R^2}.

В частном случае для тел вблизи поверхности Земли справедлива формула:

Fт=mgF_{\text{т}} = mg.

09

Числовой ответ

Задание 9 из 10

Решите задачу. Груз равноускоренно тянут в горизонтальном направлении, прикладывая к нему при этом силу 7Н7 Н. Возникающая при этом сила трения равна 2Н2 Н. За 4с4 с его скорость возросла на 2м/с2 м/с. Определите массу этого груза.

Масса груза (округлите до целого) m=m= поле ответа 1 кгкг.

Правильный ответЧисловое значение
10
Показать объяснение

Дано:

a=consta = \text{const}

F=7F = 7 Н

Fтр=2F_{\text{тр}} = 2 Н

Δt=4\Delta t = 4 с

Δυ=2\Delta \upsilon = 2 м/с

Найти:

m−?m - ?

Решение

Груз тянут равноускоренно, тогда, рассматривая это в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, можно записать второй закон Ньютона:

F⃗рез=ma⃗\vec{F}_{\text{рез}} = m\vec{a},

где F⃗рез\vec{F}_{\text{рез}} — вектор равнодействующей сил, действующих на груз. Так как речь идёт о силах, действующих в горизонтальном направлении, будем рассматривать только его. Равнодействующая приложенных в горизонтальном направлении к грузу сил будет равна:

F⃗рез=F⃗+F⃗тр\vec{F}_{\text{рез}} = \vec{F} + \vec{F}_{\text{тр}}.

Введя координатную ось по направлению ускорения груза, в проекциях получим:

F−Fтр=maF - F_{\text{тр}} = ma,

m=F−Fтрam = \dfrac{F - F_{\text{тр}}}{a}.

Из кинематики для равноускоренного движения:

a=ΔυΔta = \dfrac{\Delta \upsilon}{\Delta t}.

Получим:

m=(F−Fтр)⋅ΔtΔυm = (F - F_{\text{тр}}) \cdot \dfrac{\Delta t}{\Delta \upsilon}.

Вычисляем:

m=(7 Н−2 Н)⋅4 с2 м/с=5 кг⋅мс2⋅2 с2м=10m = (7\ \text{Н} - 2\ \text{Н}) \cdot \dfrac{4\ \text{с}}{2\ \text{м/с}} = 5\ \dfrac{\text{кг} \cdot \text{м}}{\text{с}^2} \cdot 2\ \dfrac{\text{с}^2}{\text{м}} = 10 кг.

Ответ: m=10m = 10 кг.

10

Один вариант

Задание 10 из 10

Выберите правильный вариант ответа. Система отсчёта жёстко связана с автобусом. Определите, в каком случае систему отсчёта можно считать инерциальной?

Варианты ответаПравильный вариант отмечен
Ни в каком из перечисленных случаев.
Автобус движется ускоренно с горы.
Автобус поворачивает по окружности.
Автобус движется равномерно и прямолинейно в гору.Верно
Вернуться в журнал9 класс · II четверть · 10 неделя