|
В вагоне
1. Два поезда идут навстречу друг другу: один – ускоренно на север, другой –
замедленно на юг. Как направлены ускорения поездов? Ответ.
2. Вы сидите в вагоне движущегося поезда и смотрите в окно на проходящий мимо встречный поезд. Когда этот поезд мимо Вас промчится, Вам покажется, что скорость вашего поезда уменьшилась. Почему?
Ответ.
Потому, что сначала вы наблюдали свое движение относительно быстро движущегося поезда, а затем, когда поезд прошёл, – относительно неподвижных предметов вблизи полотна дороги.3. Поезд подходит к станции и замедляет свое движение. В каком направлении в это время легче тащить тяжёлый чемодан по полу вагона: по ходу поезда или в обратную сторону?
Ответ.
По ходу поезда.4. Поезд идёт со скоростью u. Пуля массой
m, летящая со скоростью v, догоняет поезд и застревает в стенке заднего вагона. Нужно найти энергию, выделившуюся при ударе в виде тепла. Решая эту задачу, ученик рассуждал так: до удара кинетическая энергия пули была равна mv2/2, а после удара стала равной mu2/2. Значит, потерянная ею энергия равна mv2/2–mu2/2 и, следовательно, таково же количество тепла, выделившегося при ударе. Другой же ученик считал, что поскольку скорость пули относительно поезда равна v–u, то энергия, выделившаяся в виде тепла, равна m(v–u)2/2. Кто из них прав?Ответ.
Вообще говоря, ошибаются оба, т.к. не учитывают, что при ударе поезд получает дополнительный импульс, и скорость пули после удара не равняется u. Однако, если считать массу поезда бесконечно большой, прав оказывается второй ученик.5. Представьте, что вы находитесь в разгоняющейся электричке и идёте вперёд по ходу поезда с постоянной относительно вагона скоростью. Весьма ощутимая сила толкает вас назад, и вы, несомненно, совершаете работу против этой силы. На что же расходуется работа, совершаемая вашими мышцами, ведь ваша механическая энергия относительно электрички не изменяется? Не нарушается ли здесь закон сохранения энергии?
Ответ.
Закон сохранения энергии выполняется только в инерциальных системах отсчёта. С ускоряющейся электричкой можно связать только неинерциальную систему отсчёта. В ней вы совершаете работу против силы инерции Fин = –ma (а – ускорение электрички, m – масса человека). Очевидно, можно рассматривать ситуацию и в инерциальной системе отсчёта. Движение человека вперёд должно сопровождаться появлением ускорения электрички, направленного в обратную сторону. Таким образом, работа ваших мышц идёт на изменение кинетической энергии электрички. Это изменение, однако, остаётся незамеченным, так как с избытком компенсируется работой силы трения покоя колёс о рельсы, ускоряющей электричку.6. Петя решил определить, используя уровень, горизонтален ли стол в электричке. Сможет ли он это сделать?
Ответ. Измерение уровнем продольного уклона возможно при равномерном движении поезда, а измерение поперечного уклона – на прямолинейных участках пути.
7. Электровоз не изготавливается в отличие от самолёта из лёгких металлов или сплавов. Почему?
Ответ. Электровоз должен иметь большой вес (так называемый сцепной вес), чтобы обеспечить достаточно большое трение между колёсами и рельсами, необходимое для приведения в движение поезда.
