ID: 00003187
На горизонтальном гладком столике в купе движущегося поезда лежит мячик. При ускорении поезда мячик начинает катиться против направления движения поезда.
Какое физическое явление объясняет движение мячика?
1) инерция
2) трение скольжения
3) закон сохранения механической энергии
4) всемирное тяготение
Источник: ФИПИ
Поезд ускоряется в горизонтальном направлении.
На гладком горизонтальном столе лежит мячик.
Почему мячик начинает катиться против направления движения поезда?
Рассмотрим мячик с точки зрения инерциальной системы отсчёта (например, наблюдатель на платформе).
На мячик действуют:
— сила тяжести $mg$ (вниз),
— нормальная реакция опоры $N$ (вверх),
— трение горизонтально отсутствует (стол гладкий).
Поскольку сумма горизонтальных сил, действующих на мячик, равна нулю:
$$\sum F_x = 0$$
По первому закону Ньютона мячик сохраняет свою скорость неизменной — это принцип инерции:
$$v_\text{мячика} = \text{const}$$
Поезд начинает ускоряться, то есть скорость поезда (и стола) возрастает. Относительно стола мячик начинает смещаться в сторону, противоположную движению поезда.
Таким образом, мячик не катится в буквальном смысле — он стоит на месте, а поезд уезжает вперёд. Наблюдатель в купе видит это как качение мячика назад.