Номер 134, страница 40 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

В основе объяснения результатов обоих опытов лежит явление инерции. Инерция — это свойство тел сохранять состояние своего движения (или покоя) при отсутствии внешних воздействий. Молото́к является массивным телом, а значит, обладает большой инертностью, то есть он «сопротивляется» изменению своей скорости.

Рассмотрим оба случая.

Если рывком дернуть за нижнюю нить

Когда мы резко дергаем за нижнюю нить, мы прикладываем к ней большую силу за очень короткий промежуток времени. Из-за своей большой инертности молоток не успевает сместиться и набрать скорость. Таким образом, деформация и сила натяжения в верхней нити практически не успевают увеличиться. Почти вся приложенная к нижней нити сила идет на ее растяжение, и ее натяжение быстро достигает критического значения, при котором нить рвется. Натяжение же верхней нити в этот момент остается практически равным силе тяжести молотка.

Ответ: Нижняя нить обрывается, потому что из-за инертности массивного молотка приложенное усилие не успевает передаться верхней нити, и натяжение нижней нити достигает предела прочности раньше.

Если тянуть за нить медленно

Когда мы тянем за нижнюю нить медленно и равномерно, ускорение молотка равно нулю ($a=0$), и вся система находится в равновесии. В этом случае сила натяжения верхней нити $T_{верх}$ должна компенсировать не только силу, с которой мы тянем вниз ($F_{прил}$, равную натяжению нижней нити $T_{нижн}$), но и силу тяжести самого молотка ($F_{тяж} = mg$). Согласно второму закону Ньютона, в проекции на вертикальную ось: $T_{верх} - T_{нижн} - F_{тяж} = 0$. Отсюда следует, что натяжение верхней нити всегда больше натяжения нижней:

$T_{верх} = T_{нижн} + F_{тяж}$

По мере того, как мы медленно увеличиваем силу $F_{прил}$, натяжение обеих нитей растет, но натяжение верхней нити всегда будет больше. Следовательно, именно верхняя нить первой достигнет своего предела прочности и оборвется.

Ответ: Верхняя нить обрывается, так как она испытывает нагрузку, равную сумме силы тяжести молотка и силы, приложенной к нижней нити. Эта суммарная сила всегда больше, чем сила, действующая на нижнюю нить.