номер 5, страница 153 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова

5. В книге Э. Распе «Приключения барона Мюнхгаузена» приведён рассказ барона: «Однажды попробовал я перепрыгнуть через болото верхом на коне. Но конь не допрыгнул до берега, и мы шлёпнулись в жидкую грязь. Шлёпнулись и стали тонуть... Что было делать?.. Схватив себя за волосы, я изо всех сил дёрнул вверх и без большого труда вытащил из болота и себя, и своего коня, которого сжал обеими ногами...» Докажите, что такой способ спасения невозможен.

Решение:

Рассмотрим барона Мюнхгаузена и его коня как единую механическую систему тел.

Чтобы тело или система тел пришли в движение с ускорением (в данном случае — начали подниматься вверх против силы тяжести), на них должна действовать внешняя сила, направленная в сторону ускорения, согласно второму закону Ньютона:

$$m\vec{a} = \sum \vec{F}_{\text{внеш}}$$

Однако способ барона невозможен по следующим физическим причинам:

• Третий закон Ньютона: Сила, с которой рука барона тянет волосы вверх ($\vec{F}_1$), точно равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой волосы тянут руку вниз ($\vec{F}_2$): $$\vec{F}_1 = -\vec{F}_2$$ Следовательно, их векторная сумма равна нулю: $\vec{F}_1 + \vec{F}_2 = 0$.
• Внутренние силы системы: Силы взаимодействия руки и волос являются внутренними силами системы «барон – конь». Внутренние силы взаимодействия тел системы не могут изменить положение её центра масс и не могут сообщить ускорение всей системе в целом.

Единственными внешними силами, действующими на систему в болоте, являются сила тяжести $\vec{F}_{\text{тяж}}$ (направленная вертикально вниз), сила сопротивления грязи и архимедова сила, которой недостаточно для всплытия. Так как внешней силы, направленной вертикально вверх, нет, подняться из болота за счёт внутренних сил невозможно.

Ответ: Такой способ спасения невозможен, так как сила натяжения волос является внутренней силой системы и, согласно третьему закону Ньютона и закону сохранения импульса, не способна изменить скорость движения центра масс системы и поднять её вверх.