Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11878
2019-11-30 
Конькобежец решил затормозить и свел вмеете пятки, Хотя это и трудно (почему?), но конькобежцу удается удерживать пятки вместе. Как он будет двигаться дальше?
Решение:
Обычно при малых скоростях движения конькобежец тормозит, сводя вместе не пятки, а носки ног. Такое движение конькобежца устойчиво. Однако конькобежец рискует упасть. Поэтому при больших скоростях движения конькобежец (как и хоккеист) тормозит, поворачивая оба конька в одну сторону. При этом он, конечно, тормозит и одновременно едет в сторону. Впрочем, даже сводя носки ног вместе, конькобежец обычно едет попеременно то на одном, то на другом коньке.
Когда лезвие конька расположено по направлению движения конькобежца, конек легко скользит по льду, то есть сила трения очень мала. Если конькобежец хочет затормозить. он ставит конек под некоторым углом к направлению движения, при этом возникает еще одна сила трения, перпендикулярная лезвию. Величина этой силы намного больше первой, так как в этом случае лезвие конька как бы срезает лед. Для простоты в дальнейшем будем говорить только об этой, перпендикулярной лезвию, силе трения.
Пусть конькобежцу удалось свести пятки вместе. Из рисунка, а видно, что в этом случае кроме сил сопротивления $\vec{F}_{с.1}$ и $\vec{F}_{с.1}$, направленных против скорости $v$, существуют силы $F_{1}^{ \prime}$ и $F_{2}^{ \prime}$, стремящиеся развести коньки в стороны. Вот почему конькобежцу приходится прикладывать усилия, чтобы удержать пятки вместе.
Как будет двигаться конькобежец после того, как он свел пятки ног? Ответить на этот вопрос нетрудно, так как из опыта известно, что в этом случае конькобежец развернется и затем будет ехать задом наперед. Труднее объяснить, почему это происходит. Здесь важны, по-видимому, несколько факторов.
Один из них - зависимость сил трения, перпендикулярных плоскости конька, от угла, который образует плоскость конька с направлением движения конькобежка. Если угол равен нулю, то эта сила тоже равна нулю, при угле, равном $90^{ \circ}$, - сила максимальна. (Зависимость силы трения от угла связана с изменением количества льда, "срезаемого" коньком в единицу времени.) Пусть в силу каких-то случайных примни, например, из-за неровностей льда, конькобежец повернулся на некоторый угол (рис. б). В этом случае сила $F_{2}$ уменьшится, и сила $F_{1}$ увеличится. Следовательно, изменятся и моменты сил относительно оси. проходящей через центр тяжести конькобежца. Это приведет к тому, что конькобежец развернется и будет ехать задом наперед (рис. в). Такое положение конькобежца устойчиво (покажите это!).
Другой возможный фактор - это то. что при резких поворотах ног положение центра тяжести не успевает измениться. Нетрудно сообразить, что это тоже приводит к увеличению момента силы $F_{1}$ и уменьшению момента силы $F_{2}$.
Возможно, играют роль и другие факторы, так что для того чтобы дать, полный ответ, нужны эксперименты, которые позволили бы оценить влияние каждого из факторов.
Конькобежец решил затормозить и свел вмеете пятки, Хотя это и трудно (почему?), но конькобежцу удается удерживать пятки вместе. Как он будет двигаться дальше?
Решение:
Обычно при малых скоростях движения конькобежец тормозит, сводя вместе не пятки, а носки ног. Такое движение конькобежца устойчиво. Однако конькобежец рискует упасть. Поэтому при больших скоростях движения конькобежец (как и хоккеист) тормозит, поворачивая оба конька в одну сторону. При этом он, конечно, тормозит и одновременно едет в сторону. Впрочем, даже сводя носки ног вместе, конькобежец обычно едет попеременно то на одном, то на другом коньке.
Когда лезвие конька расположено по направлению движения конькобежца, конек легко скользит по льду, то есть сила трения очень мала. Если конькобежец хочет затормозить. он ставит конек под некоторым углом к направлению движения, при этом возникает еще одна сила трения, перпендикулярная лезвию. Величина этой силы намного больше первой, так как в этом случае лезвие конька как бы срезает лед. Для простоты в дальнейшем будем говорить только об этой, перпендикулярной лезвию, силе трения.
Пусть конькобежцу удалось свести пятки вместе. Из рисунка, а видно, что в этом случае кроме сил сопротивления $\vec{F}_{с.1}$ и $\vec{F}_{с.1}$, направленных против скорости $v$, существуют силы $F_{1}^{ \prime}$ и $F_{2}^{ \prime}$, стремящиеся развести коньки в стороны. Вот почему конькобежцу приходится прикладывать усилия, чтобы удержать пятки вместе.
Как будет двигаться конькобежец после того, как он свел пятки ног? Ответить на этот вопрос нетрудно, так как из опыта известно, что в этом случае конькобежец развернется и затем будет ехать задом наперед. Труднее объяснить, почему это происходит. Здесь важны, по-видимому, несколько факторов.
Один из них - зависимость сил трения, перпендикулярных плоскости конька, от угла, который образует плоскость конька с направлением движения конькобежка. Если угол равен нулю, то эта сила тоже равна нулю, при угле, равном $90^{ \circ}$, - сила максимальна. (Зависимость силы трения от угла связана с изменением количества льда, "срезаемого" коньком в единицу времени.) Пусть в силу каких-то случайных примни, например, из-за неровностей льда, конькобежец повернулся на некоторый угол (рис. б). В этом случае сила $F_{2}$ уменьшится, и сила $F_{1}$ увеличится. Следовательно, изменятся и моменты сил относительно оси. проходящей через центр тяжести конькобежца. Это приведет к тому, что конькобежец развернется и будет ехать задом наперед (рис. в). Такое положение конькобежца устойчиво (покажите это!).
Другой возможный фактор - это то. что при резких поворотах ног положение центра тяжести не успевает измениться. Нетрудно сообразить, что это тоже приводит к увеличению момента силы $F_{1}$ и уменьшению момента силы $F_{2}$.
Возможно, играют роль и другие факторы, так что для того чтобы дать, полный ответ, нужны эксперименты, которые позволили бы оценить влияние каждого из факторов.
