Занимательная физика

KharArt · 04.06.2013, 11:55

Друзья, за последние несколько дней мне пришлось около 5 часов спорить с окружающими на, казалось бы, простую и всем давно понятную тему законов Ньютона и около лежащих понятий. Мне интересно ваше мнение и ваши предложения по решению двух задач

Задача1:

два абсолютно одинаковых тела (например камня) в начальный момент времени находятся на одинаковой высоте, один камень имеет строго горизонтальную начальную скорость Vx, второй камень покоится

Камни падают на горизонтальную поверхность

поверхность бесконечно плоская, пространство безвоздушное, сила притяжения распределена равномерно по всему пространству

Вопрос1: соотношение времени падения камней (t1,t2;›,‹,=)
Вопрос2: соотношение сил с которой поверхность (земля) ударит камни
(возможно нужно рассмотреть варианты упругого и неупругого ударов, на ваше усмотрение, интересно все)

модель максимально простая, интересно увидеть решения и для более усложненных версий (например наличие воздуха, или любые другие доп. условия, которые вам покажутся интересными)

Задача2:

Лифт в котором находится человек летит вниз с ускорением свободного падения

Вопрос1: Каков вес человека относительно лифта (наличие невесомости по отношению к лифту)

Вопрос2: Есть ли смысл для человека пытаться подпрыгнуть вверх для смягчения удара о землю, если он точно знает время падения*

*Лифт абсолютно прочный и достаточно высокий (крыша нас не убьет)
можно рассмотреть вариант масса лифта М››m - массы человека

Надеюсь тема найдет свою аудиторию и все мы станем немного более образованными))

MisterDi · 04.06.2013, 12:32

Задача 1

Цитата:

Вопрос1: соотношение времени падения камней (t1,t2;›,‹,=)

Время падения одинаково. Скорость в момент удара - разная

Цитата:

Вопрос2: соотношение сил с которой поверхность (земля) ударит камни

Вопрос не корректный. Сила создает ускорение, и придает импульс. В первом приближении в системе действует только сила тяжести. Нагрузки, действующие в момент удара на тела будут различны по причине различной кинетической энергии.

Задача 2

Цитата:

Вопрос1: Каков вес человека относительно лифта (наличие невесомости по отношению к лифту)

Т.к. и человек и кабина свободно падают, их вес равен 0

Цитата:

Вопрос2: Есть ли смысл для человека пытаться подпрыгнуть вверх для смягчения удара о землю, если он точно знает время падения*

Человек не сможет оттолкнутся, чтобы подпрыгнуть, т.к. при попытке приблизится к полу поджимая ноги, он просто зависнет в воздухе. Если на момент начала движения человек будет находится в сидячем положении, то подпрыгнуть сможет. Это даст некоторую компенсацию импульса и снижение относительной скорости столкновения.

niXto · 04.06.2013, 12:34

В безвоздушном пространстве любые предметы упадут одновременно

Вес - это сила, с которой масса действует на опору. При невесомости равен 0

Прыгать бесполезно, человек слишком слаб. Но за всю историю были только единичные случаи падения лифта. Там 3 независимых троса, каждый из которых выдерживает удвоенный максимальный вес лифта и электромагнитные тормоза, тормозящие кабину об рельсы при пропадании (обрыве) напряжения

KharArt · 04.06.2013, 12:38

Сообщение от MisterDi

Вопрос не корректный.

соотношение сил реакции опоры, например, абсолютно упругий удар

electroTrash · 04.06.2013, 12:39

Голосование объявляется открытым!

Yurkin2007 · 04.06.2013, 12:48

При отсутствии трения между камнем и поверхностью абсолютно упругий удар произведёт одинаковую силу в обоих случаях.
Если есть трение, то из-за горизонтальной составляющей скорости во втором случае появится сила трения, которая увеличит силу удара о поверхность.

А если получится оттолкнуться со скоростью лифта от пола в момент удара, то самого удара совсем не почувствуешь. Просто останешься спокойно стоять на земле, пока вокруг тебя разрушается кабина лифта.

MisterDi · 04.06.2013, 13:06

Цитата:

которая увеличит силу удара о поверхность.

"Сила удара" - это импульс, но ни как не сила в понимании физики. Удар - большое изменение скорости тела за весьма малый промежуток времени. В момент удара к силе тяжести, действующей на тело, добавляется сила реакции опоры. В результате тело резко изменяет свою скорость, испытывая значительное отрицательное ускорение.

Yurkin2007 · 04.06.2013, 13:15

Сообщение от MisterDi

Удар - большое изменение скорости тела

А если маленькое изменение, то уже - не удар? А что такое "слабый удар"?

electroTrash · 04.06.2013, 14:20

Сообщение от MisterDi

"Сила удара" - это импульс, но ни как не сила в понимании физики. Удар - большое изменение скорости тела за весьма малый промежуток времени.

Тут Вы не правы: большое изменение скорости за малый промежуток времени ---› dV/dt---›a-ускорение--›m*a=F--› сила

MisterDi · 04.06.2013, 15:35

Согласен, мне не хотелось применять термин ускорение. Просто только сейчас обнаружил, что сила с точки зрения школьного курса физики вроде как никак ни с кем не связана хотя вроде у всякой силы есть "источник"
Чувствую, что тут можно "конкретно" крышу сломать

Как Вы правильно заметили ускорение это dV/dT. Соответственно при dT стремящимся к 0 в условиях удара имеем бесконечно большое ускорение, величина которого будет определятся свойствами материалов ударяющихся тел, их геометрией и т.п. Т.е. применять уравнения механики для материальной точки уже нельзя