Номер 6, страница 40 - гдз по физике 7 класс тесты Шабусов, Батурчик

6. В каком случае вес тела равен нулю?

а) Действие других тел, действующих на тело, компенсирует друг друга.

б) Тело находится на космической станции, которая вращается вокруг Земли.

в) Тело опускается на парашюте.

г) Тело падает в вакууме.

д) Тело плавает в воде.

Для ответа на вопрос необходимо определить понятие "вес тела" и выяснить, при каких условиях он обращается в нуль.

Вес тела ($\text{P}$) – это сила, с которой тело вследствие гравитационного притяжения действует на опору или подвес. Вес не всегда равен силе тяжести ($F_g = mg$). Согласно второму закону Ньютона, если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением $\text{a}$, направленным по одной прямой с ускорением свободного падения $\text{g}$, то его вес можно найти по формуле: $P = m(g - a)$.

Из этой формулы видно, что вес тела $\text{P}$ становится равным нулю, когда ускорение тела $\text{a}$ равно ускорению свободного падения $\text{g}$ ($a=g$). Такое состояние называется невесомостью. Оно наступает, когда тело совершает свободное падение, то есть движется только под действием силы тяжести.

Рассмотрим предложенные варианты с точки зрения этого определения.

а) Действие других тел, действующих на тело, компенсирует друг друга. Это означает, что равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна нулю. По второму закону Ньютона, ускорение тела также равно нулю ($a=0$). В таком случае вес тела будет равен $P = m(g - 0) = mg$. Вес не равен нулю. Этот вариант описывает состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

б) Тело находится на космической станции, которая вращается вокруг Земли. Космическая станция на орбите находится в состоянии непрерывного свободного падения. Она и все тела внутри неё движутся с одинаковым ускорением, равным местному ускорению свободного падения ($a = g'$). Таким образом, условие невесомости выполняется, и вес тела равен $P = m(g' - a) = m(g' - g') = 0$.

в) Тело опускается на парашюте. При движении с парашютом на тело действует сила сопротивления воздуха, направленная вверх. Эта сила противодействует силе тяжести, поэтому ускорение тела $\text{a}$ становится меньше ускорения свободного падения $\text{g}$. Вес тела при этом равен $P = m(g - a)$ и является положительной величиной, так как $a < g$.

г) Тело падает в вакууме. Падение в вакууме — это движение исключительно под действием силы тяжести. Это и есть определение свободного падения. Ускорение тела в этом случае в точности равно ускорению свободного падения ($a = g$). Следовательно, вес тела равен $P = m(g - a) = m(g - g) = 0$.

д) Тело плавает в воде. Когда тело плавает, оно находится в равновесии, то есть его ускорение равно нулю ($a=0$). Сила тяжести уравновешена выталкивающей силой Архимеда. Вес тела, как сила, действующая на опору (в данном случае на воду), равен $P = m(g - 0) = mg$. Вес не равен нулю.

Анализ показывает, что вес тела равен нулю в двух случаях: б) и г). Оба варианта описывают состояние невесомости. Однако, вариант (г) "Тело падает в вакууме" является фундаментальным определением свободного падения, которое является причиной невесомости. Вариант (б) "Тело находится на космической станции" является частным случаем, ярким примером этого состояния. В физических задачах, как правило, наиболее правильным считается ответ, описывающий общую причину или определение явления.

Ответ: г) Тело падает в вакууме.