Обоснование 26 за­да­ния

Автор статьи: Сергей Михайлович Лисаков, учитель физики школы 1514 (Москва), эксперт ЕГЭ по физике, PhD.

PDF-версия

Механическое задание (№26 в 2024 году) требует обоснования применимости использованных законов. К сожалению, подготовка учеников к написанию обоснования сводится к заучиванию некоторых заклинаний, смысла которых почти никто не понимает. Ниже будет два блока: «Что писать» и «Зачем писать». Постарайтесь их не смешивать. Инструкция подготовлена при помощи моей ученицы Лены Гришиной.

Важно. Не все решения на сайте содержат обоснование. Вещь эта очень формальная и довольно бессмысленная, я поленился каждый раз писать одно и то же.

Что писать

Законы Ньютона и сохранения

При записи II, III законов Ньютона, ЗСЭ и ЗСИ необходимы следующие заклинания:

Нить

Важно: за формулировку «Нить невесома и нерастяжима, поэтому...» ставят ноль баллов за все обоснование, даже если под многоточием все написано правильно. Нельзя объединять мысли.

ЗСИ для незамкнутой системы

При наличии пружины (газа, расталкивающего поршни...) пренебрегаем их импульсом из-за малой массы.

ЗСЭ

Обоснование применения ЗСЭ при наличии непотенциальных и/или внешних сил:

Сила реакции опоры / натяжения нити всегда скорости тела, поэтому не совершает работы.

Статика

  1. Перейдем в систему отсчета, связанную с Землей. Будем считать ее инер­ци­аль­ной.
  2. Пользуемся моделью твердого тела (расстояние между любыми двумя точками тела, его форма и размеры неизменны).
  3. Движение твердого тела — суперпозиция поступательного и вращательного движений. Условие равновесия твердого тела: для поступательного (II закон Ньютона) и для вращательного движений (равенство моментов сил относительно выбранной оси).
  4. Из пунктов 1-3 следует, что можно записывать уравнение моментов и 2 закон Ньютона.

Условие отрыва и т.д.

Условие отрыва:

Условие полного оборота груза на нити в вертикальной плоскости: в верхней точке.

Зачем писать

Полагаю, что требованием обосновать применимость законов предметная комиссия хотела добиться того, чтобы при подготовке учителя обращали внимание учеников на то, что мы всегда работаем в рамках некоторой модели. Заучивание перечисленных выше заклинаний эффективно с точки зрения получения балла за обоснование, но — увы! — не свидетельствует о понимании написанного учеником.

ИСО — конечно же, можно (а иногда и значительно удобнее) решать задачи и в неинерциальных системах отсчета. Там, однако, необходимо введение сил инерции, и фактически упоминание о том, что мы работаем в ИСО, необходимо для обоснования отсутствия этих сил инерции. Земля, между прочим, не вполне ИСО, т.к. находящийся на поверхности планеты предмет совершает крайне сложное неравномерное движение, самые заметные компоненты которого связаны с вращением планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Однако эффекты, связанные с неинерциальностью связанной с Землей СО, действительно очень малы.

Материальные точки — для математического маятника ученик не задумываясь напишет . Однако если размерами груза не пренебрегать, то окажется, что в указанном законе необходимо учесть и энергию вращения груза вокруг своей оси. На 1 курсе технических вузов знакомятся с моментом инерции и после этого при необходимости добавляют слагаемое в ЗСЭ.

Невесомая нить — о том, почему в невесомой нити силы натяжения всюду равны, см. задачу #5.