Динамика — Задание 20 ОГЭ по физике №00040057

Тело бежит по окружности, и скорость у него по модулю не меняется. Может показаться, что раз скорость постоянна, то и сил никаких нет. Но скорость — величина векторная: у неё есть направление, и оно всё время поворачивает. А раз направление скорости меняется, значит есть ускорение, а значит есть и равнодействующая сила.

Что за ускорение. При движении по окружности с постоянной по модулю скоростью ускорение называют центростремительным — оно в каждый момент направлено к центру окружности и считается по формуле $a=\dfrac{\upsilon^{2}}{R}$, где $\upsilon$ — скорость тела, $R$ — радиус окружности.

Какой закон связывает силу и ускорение. Второй закон Ньютона: равнодействующая всех приложенных сил равна массе на ускорение, $F=ma$, и направлена туда же, куда ускорение — то есть к центру окружности.

Соединяем. Подставим выражение для ускорения в закон Ньютона: $F=m\dfrac{\upsilon^{2}}{R}$.

Считаем. Все величины уже в СИ: $m=2$ кг, $\upsilon=3\ \text{м/с}$, $R=2$ м.

$F=\dfrac{2\cdot3^{2}}{2}=\dfrac{2\cdot9}{2}=9\ \text{Н}$.

Сила в 9 ньютонов направлена к центру окружности — именно она и заставляет тело поворачивать, а не лететь по прямой.