Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 30

телам, а сила притяжения со стороны Земли и сила реакции опоры со стороны стола обе приложены к одному и тому же телу – учебнику. Кроме того, если мы поставим стол в ускоряющийся лифт, то сила тяжести и сила реакции опоры будут отличаться друг от друга по величине (подробнее мы обсудим это в задаче 31), а это прямо противоречит тому поведению парных сил, которое предписывает третий закон Ньютона. Значит, считать парной для гравитационной силы силу реакции опоры – ошибка.

Третий закон Ньютона описывает взаимодействие тел, то есть воздействие тел друг на друга. Если земной шар действует силой тяжести на учебник, лежащий на столе, то «силой противодействия» должна быть сила, с которой учебник действует на земной шар. Что это за сила?

19. Трактор против скалы

Сначала переведем на физический язык слово «скорее» и тем самым немного переформулируем вопрос.

Трактор наращивает усилие пусть и быстро, но постепенно. Канат порвется тогда, когда сила его натяжения превысит определенное пороговое значение. Так что нам, по сути дела, нужно ответить на вопрос, кому нужно будет тянуть сильнее – одному трактору или каждому из двух тракторов – в тот момент, когда натяжение каната достигнет предела.

Все участвующие в процессе тела (тракторы, канат, стена) покоятся, а это означает, что силы, действующие на каждое из них, уравновешены. Рассмотрим в подробностях, что это за силы.

Начнем с трактора, который тянет прикрепленный к стене канат. В вертикальном направлении на трактор действует сила тяжести и сила реакции опоры, которые уравновешивают друг друга. По горизонтали на трактор действуют силы трения в тех точках, где колеса касаются дороги (в задаче 33 мы увидим, что именно силы трения приводят трактор в движение), – они толкают трактор вперед. Назад трактор тянет сила, вызванная натяжением каната (эту силу мы называем «силой натяжения» и обычно обозначаем буквой T). Поскольку трактор неподвижен, эти силы уравновешивают друг друга. Стараясь сдвинуть трактор с места, тракторист заставляет двигатель сильнее крутить колеса, так что силы трения, которые препятствуют прокручиванию колес, вырастают, а вместе с ними вырастает и сила натяжения каната – до тех пор, пока не порвется канат (рис. 40). (Конечно, могут просто начать проскальзывать колеса – но этот вариант мы исключим, поскольку условие задачи подразумевает, что трактор в состоянии порвать канат).

Рис. 40

По третьему закону Ньютона сила, с которой канат тянет трактор назад, равна по величине силе, с которой трактор тянет канат. Второй конец каната прикреплен к стене, а сам канат неподвижен – значит, со стороны стены на канат действует сила, в точности уравновешивающая силу, действующую со стороны трактора. Итак, получается, что на канат с двух сторон действуют одинаковые по величине силы. Их величина определяется усилием, которое развивает трактор. Эти силы будут нарастать, пока не превысят тот предел, при котором канат рвется (рис. 41).