Задача на третий закон Ньютона и динамометр
На картинке представлена классическая физическая задача на понимание третьего закона Ньютона и принципа работы динамометра.
Задание: Что покажет динамометр?
На рисунке изображен динамометр, к обоим концам которого через блоки подвешены грузы весом по \(100\text{ Н}\) каждый. Вопрос: каково будет показание прибора — \(100\text{ Н}\), \(200\text{ Н}\) или \(0\)?
Пошаговое решение
-
Принцип работы динамометра:
Динамометр измеряет силу натяжения пружины внутри него. Чтобы пружина растянулась, к ней нужно приложить силы с двух сторон. Если вы тянете за крючок динамометра силой \(100\text{ Н}\), а другой его конец закреплен на стене, стена тянет корпус динамометра в противоположную сторону с такой же силой \(100\text{ Н}\) (согласно третьему закону Ньютона). В этом случае прибор показывает \(100\text{ Н}\). -
Анализ системы с двумя грузами:
В данной задаче роль «стены» выполняет второй груз.- Левый груз тянет крючок динамометра влево с силой \(F_1 = 100\text{ Н}\).
- Правый груз тянет корпус динамометра вправо с силой \(F_2 = 100\text{ Н}\).
-
Равновесие сил:
Система находится в покое. Сила натяжения нити (\(T\)) во всей системе одинакова и равна весу груза, то есть \(100\text{ Н}\). Динамометр просто «передает» это натяжение через себя. Пружина внутри растягивается ровно настолько, насколько её растянула бы сила в \(100\text{ Н}\), если бы один конец был просто жестко закреплен. -
Почему не 200 Н и не 0?
- Если бы показание было 0, это значило бы, что пружина не растянута, что невозможно при наличии грузов.
- Если бы показание было 200 Н, это означало бы, что на один конец прибора действует сила \(200\text{ Н}\), а на другой — противодействующая сила в \(200\text{ Н}\), чего в данной схеме нет.
Окончательный ответ:
Динамометр покажет 100 N.
