ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 38.8: Импульс материальной точки. Закон сохранения импульса

План решения:

Для ответа на вопрос применим закон сохранения импульса и третий закон Ньютона. Рассмотрим систему тел: лодка, компрессор и воздух внутри неё. Внутренние силы (взаимодействие частей системы между собой) не могут изменить суммарный импульс системы. Движение возможно только за счёт внешних сил или выброса массы в одном направлении (реактивное движение).

Вычисление и анализ ситуации с парусами:

Когда компрессор направляет струю воздуха на паруса, происходит следующее: компрессор толкает воздух вперёд (к парусам), а по третьему закону Ньютона воздух давит на компрессор назад. Затем поток воздуха ударяется о паруса и передаёт им импульс, толкая лодку вперёд. Однако, если рассмотреть всю лодку как единую систему, то сила давления воздуха на паруса является внутренней силой для этой системы (так как и паруса, и компрессор закреплены на одной лодке). Сумма всех внутренних сил равна нулю. Таким образом, лодка не сможет начать движение из состояния покоя только за счёт работы встроенного компрессора, направляющего воздух на свои же паруса. Это аналогично попытке поднять себя за шнурки.

Анализ ситуации без парусов и проверка:

Если поток воздуха будет направлен мимо парусов (например, назад или в сторону), то система «лодка + воздух» начнёт вести себя иначе. При выбросе воздуха назад возникает реактивная тяга, которая толкает лодку вперёд. Если воздух выбрасывается в сторону, лодка получит импульс в противоположную сторону. Но в условии сказано «мимо парусов», что обычно подразумевает отсутствие взаимодействия струи с парусом. Если струя просто уходит в атмосферу, не встречая препятствий на борту, то работает принцип реактивного движения: лодка оттолкнется от выброшенного воздуха. Однако, если под «мимо парусов» подразумевается, что струя не попадает на паруса, но и не создает эффективной реактивной тяги (например, дует вверх), то горизонтального движения не будет. Наиболее вероятный школьный контекст вопроса: может ли лодка ехать, дуя сама на себя? Ответ — нет. А если дуть назад (мимо парусов, которые стоят спереди или сбоку)? Тогда да, это станет реактивным движением. Но классический ответ на задачу про «паруса и вентилятор на лодке»: лодка не поедет, так как силы внутренние. Если же направить струю строго назад (не на паруса), то лодка поедет за счёт реакции опоры воздуха.

Уточним формулировку учебника: обычно этот опыт рассматривается как иллюстрация невозможности самодвижения за счёт внутренних сил. Поэтому в первом случае (струя на паруса) — лодка стоит. Во втором случае (струя мимо парусов, например, назад) — лодка может двигаться как реактивный аппарат.