Номер 6, страница 85 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

6. Две команды на уроке физкультуры перетягивают канат (рис. 124). По третьему закону Ньютона команды действуют друг на друга с силами, имеющими равные модули и противоположные направления. Тем не менее одна из команд побеждает. Как объяснить результат победы с точки зрения физики?

Вопрос затрагивает кажущееся противоречие между третьим законом Ньютона и реальностью. Действительно, согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой первая команда тянет вторую (через канат), равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой вторая команда тянет первую. Обозначим модуль этой силы натяжения каната как $T$. Обе команды испытывают одинаковую силу тяги со стороны каната.

Ключ к разгадке заключается в том, что для определения движения каждой команды необходимо рассматривать не одну силу, а равнодействующую всех сил, приложенных к этой команде (согласно второму закону Ньютона, $\vec{F}_{\text{равн}} = m\vec{a}$).

На каждую команду в горизонтальном направлении действуют две основные силы:

1. Сила натяжения каната ($\vec{F}_{\text{натяж}}$), которая тянет команду вперёд, к центру.
2. Сила трения покоя ($\vec{F}_{\text{тр}}$) между обувью участников и землёй. Эта сила возникает как реакция опоры (земли) на то, что участники упираются ногами в землю и толкают её назад. По третьему закону Ньютона, земля толкает участников вперёд. Именно эта сила позволяет противостоять тяге каната.

Победа в перетягивании каната зависит не от того, кто сильнее тянет за канат (эти силы равны), а от того, кто сильнее взаимодействует с землёй.

Рассмотрим ситуацию с точки зрения побеждающей команды (назовем её Команда 1). Чтобы начать движение в свою сторону, равнодействующая сил, приложенных к этой команде, должна быть направлена в сторону победы. Это означает, что сила трения, с которой земля толкает Команду 1, должна быть больше, чем сила натяжения каната, с которой её тянет соперник:

$F_{\text{тр, 1}} > T$

Теперь рассмотрим проигрывающую команду (Команда 2). Она движется в сторону соперника, потому что сила натяжения каната, действующая на неё, оказывается больше, чем максимальная сила трения, которую эта команда может создать, упираясь в землю:

$T > F_{\text{тр, 2}}$

Объединив эти два неравенства, мы получаем:

$F_{\text{тр, 1}} > T > F_{\text{тр, 2}}$

Из этого следует, что $F_{\text{тр, 1}} > F_{\text{тр, 2}}$.

Таким образом, побеждает та команда, которая способна создать большую силу трения о землю. Эта сила зависит от коэффициента трения (качества обуви, состояния почвы) и от силы, с которой участники прижимаются к земле (их веса и позы). Команда, которая сильнее "упирается" в землю, создает большую силу трения и выигрывает.

Ответ: Победа в перетягивании каната определяется не силой, с которой команды тянут друг друга через канат (эти силы равны по третьему закону Ньютона), а разницей в силах трения между командами и поверхностью земли. Выигрывает та команда, которая за счёт большего веса, лучшего сцепления обуви с землёй или более эффективной техники отталкивания может создать большую силу трения. Эта сила трения оказывается больше силы натяжения каната, что приводит к ускорению команды-победителя в свою сторону.