TREŚĆ:

Zadanie 2.

Uczniowie w pracowni fizycznej wykonali następujące doświadczenie. Na wózku zamontowali równię pochyłą, na której zamocowali naczynie z wodą
i wprawili wózek w ruch jednostajny prostoliniowy po poziomej powierzchni. Gdy na wózek zaczęła działać dodatkowa siła, po pewnym czasie powierzchnia
wody stała się równoległa do powierzchni równi, jak na rysunku. 

Dokończ poniższe zdanie. Zaznacz właściwe uzupełnienia wybrane spośród A i B oraz spośród 1–3.

Takie ustawienie powierzchni wody jest możliwe, gdy dodatkowa siła działająca na wózek była skierowana

$\text{A}.$	w prawo,	a wózek	$1.$	musiał poruszać się w prawo.
			$2.$	musiał poruszać się w lewo.
$\text{B}.$	w lewo,
			$3.$	mógł poruszać się w dowolną stronę (w prawo lub w lewo).

---

ROZWIĄZANIE:

 Uzasadnienie: 

Naszym zadaniem jest poprawne dokończenie zdania. Rozważamy poruszający się wózek ruchem jednostajnie prostoliniowym, na którym znajduje się pochylnia, a na pochylni naczynie z wodą. Zauważmy, że wózek poruszał się ruchem jednostajnie prostoliniowym w taki sposób, że woda stała się równoległa do powierzchni równi. Wynik to z działania dodatkowej siły. 

Gdy wózek stoi nieruchomo, to na całe naczynie z wodą działa siła ciężkości skierowana pionowo w dół ${\vec{F}}_{\text{c}}$. Siłę tą możemy rozłożyć na dwie składowe:

• składowa równoległa do powierzchni pochylni ${\vec{F}}_{\text{c}.\parallel }$,
• składowa prostopadła do powierzchni pochylni ${\vec{F}}_{\text{c}.\perp }$.

Składowa równoległa ${\vec{F}}_{\text{c}.\parallel }$, skierowana w dół pochylni, ciągnie naczynie z wodą w dół. Jeżeli chcemy, aby naczynie to było nieruchome, to musimy działać siłą w przeciwnym kierunku. Wyciągamy więc wniosek, że na pewno ta dodatkowa siła działająca na wózek (oraz na naczynie z wodą) musi być skierowana w prawo.

Przyspieszanie wózka

Przyjmijmy, że wózek początkowo rozpędzał się w lewo z przyspieszeniem $\vec{a}$. Wówczas, po rozpoczęciu ruchu, na naczynie z wodą będzie działać pozorna siła bezwładności, której zwrot jest przeciwny do zwrotu przyspieszenia, czyli siła bezwładności w takim przypadku będzie skierowana w prawo. Właśnie ta siła powoduje ustawienie się powierzchni wody równolegle do powierzchni równi.

Hamowanie wózka

Jednak może zajść druga sytuacja, w której wektor przyspieszenia $\vec{a}$ jest skierowany w lewo i wówczas siła bezwładności jest skierowana w prawo, ale wózek hamuje. Mamy więc do czynienia z hamowaniem wózka.

Widzimy więc, że wózek może poruszać się w dowolną stronę, ale ważne jest, aby poruszał się z przyspieszeniem lub opóźnieniem skierowanym w lewo, ponieważ wówczas na naczynie z wodą będzie działać dodatkowa siła (siła bezwładności) skierowana w prawo.

 Odpowiedź: 

Takie ustawienie powierzchni wody jest możliwe, gdy dodatkowa siła działająca na wózek była skierowana B. w prawo, a wózek 3. mógł poruszać się w dowolną stronę (w prawo lub w lewo).