Упражнение 23 ГДЗ Перышкин 9 класс (Физика)
- С лодки, движущейся со скоростью $$2\ \text{м/с}$$, человек бросает весло массой $$5\ \text{кг}$$ с горизонтальной скоростью $$8\ \text{м/с}$$, противоположной движению лодки. С какой скоростью стала двигаться лодка после броска, если её масса вместе с человеком равна $$200\ \text{кг}$$?
- Какую скорость получит модель ракеты, если масса её оболочки равна $$300\ \text{г}$$, масса пороха в ней $$100\ \text{г}$$, а газы вырываются из сопла со скоростью $$100\ \text{м/с}$$? Считайте истечение газа из сопла мгновенным.
- На каком оборудовании и как проводится опыт, изображённый на рисунке 50? Какое физическое явление в данном случае демонстрируется, в чём оно заключается и какой физический закон лежит в основе этого явления?
1 — чайник с водой; 2 — штатив; 3 — резиновая трубка; 4 — воронка; 5 — изогнутый наконечник; 6 — ёмкость с водой. - Проделайте опыт, изображённый на рисунке 50. Когда резиновая трубка максимально отклонится от вертикали, перестаньте лить воду в воронку. Пока оставшаяся в трубке вода вытекает, понаблюдайте, как будет меняться:
а) дальность полёта воды в струе (относительно отверстия в стеклянной трубке);
б) положение резиновой трубки.
Объясните оба изменения.
Примечание: резиновая трубка была расположена вертикально до тех пор, пока через неё не начали пропускать воду.
1) Выберем направление движения лодки за положительное. Тогда по закону сохранения импульса:
$$(m_1+m_2)v=m_1v_1-m_2v_2$$
где $$m_1=200\ \text{кг}$$ — масса лодки с человеком, $$m_2=5\ \text{кг}$$ — масса весла, $$v=2\ \text{м/с}$$, $$v_2=8\ \text{м/с}$$.
Тогда
$$v_1=\frac{(m_1+m_2)v+m_2v_2}{m_1} =\frac{(200+5)\cdot 2+5\cdot 8}{200} =\frac{410+40}{200} =2{,}25\ \text{м/с}$$
2) Масса оболочки ракеты $$m_1=300\ \text{г}=0{,}3\ \text{кг}$$, масса пороха $$m_2=100\ \text{г}=0{,}1\ \text{кг}$$. До истечения газов система покоится, значит начальный импульс равен нулю.
По закону сохранения импульса:
$$m_1v_1=m_2v_2$$
откуда
$$v_1=\frac{m_2v_2}{m_1} =\frac{0{,}1\cdot 100}{0{,}3} \approx 33{,}3\ \text{м/с}$$
3) Для опыта нужны: сосуд с водой, штатив, воронка, резиновая трубка, изогнутый стеклянный наконечник, ёмкость для воды.
Если равномерно лить воду в воронку, она вытекает через наконечник, а трубка отклоняется в сторону, противоположную струе. Это демонстрирует реактивное движение: при истечении воды тело получает движение в противоположную сторону.
В основе явления лежит закон сохранения импульса.
4) После прекращения литья воды оставшаяся в трубке вода будет вытекать всё слабее.
а) Дальность полёта струи будет уменьшаться, так как уменьшается скорость истечения воды из-за уменьшения давления столба жидкости.
б) Резиновая трубка будет постепенно возвращаться к вертикальному положению, потому что при уменьшении скорости истечения уменьшается импульс струи, а значит, ослабевает и реактивное действие.
Ответ: 1) $$2{,}25\ \text{м/с}$$; 2) $$33{,}3\ \text{м/с}$$; 3) наблюдается реактивное движение, основанное на законе сохранения импульса; 4) дальность струи уменьшается, трубка возвращается к вертикали.
