ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 37.3: Невесомость

План решения:

Чтобы определить состояние человека во время прыжка, необходимо проанализировать силы, действующие на него после отрыва от опоры. Состояние невесомости возникает тогда, когда единственной силой, действующей на тело, является сила тяжести (гравитация), а реакция опоры или подвеса равна нулю. В этом случае ускорение тела равно ускорению свободного падения g.

Вычисление и анализ:

Рассмотрим движение человека в двух фазах: во время контакта с землёй и после отрыва. 1. Фаза отталкивания: Человек взаимодействует с поверхностью Земли. На него действуют сила тяжести mg вниз и сила реакции опоры N вверх. Поскольку человек ускоряется вверх, по второму закону Ньютона N-mg=ma, откуда N=m(g+a). Здесь N>mg, то есть состояние перегрузки, а не невесомости. 2. Фаза полёта (после отрыва): Как только ноги отрываются от земли, контакт с опорой прекращается. Сила реакции опоры становится равной нулю (N=0). Единственной внешней силой, действующей на человека (если пренебречь сопротивлением воздуха), остаётся сила тяжести F_тяж =mg. Уравнение движения принимает вид mg=ma, откуда a=g.

Проверка и вывод:

Согласно определению, невесомость — это отсутствие давления на опору или натяжения подвеса при движении с ускорением, равным ускорению свободного падения. В фазе полёта человек движется как свободно падающее тело (по баллистической траектории). Вес тела (сила, с которой тело давит на опору) равен нулю. Следовательно, большую часть времени прыжка (в момент полёта) человек находится в состоянии полной невесомости. Исключение составляет лишь кратковременный этап отталкивания и приземления, где действует опора.