Въпрос 1a от изпита по физика за напреднали през 2015, свободен отговор

"Два блока са свързани с нишка с пренебрежима маса, която преминава върху безмасови макари, които се търкалят с пренебрежимо триене, както е показано на чертежа по-горе." – виждаме това тук. "Масата m2 на блок 2 е по-голяма от масата m1 на блок 1. Блоковете биват освободени от покой." Нека набързо помислим какво смятаме, че ще се случи тук. Блок 2 има по-голяма маса, те са свързани от тази нишка и системата макари. Ако има по-голяма маса, те са в едно и също гравитационно поле, това ще има по-голямо тегло, така че теглото, дърпащо блок 2 надолу ще е по-голямо от теглото, дърпащо блок 1 надолу, така че блок 2 ще ускори надолу, а блок 1 ще ускори нагоре със същата големина. Блок 1 ще ускори нагоре. Само с тази логика за това какво мислим, че ще се случи тук, нека опитаме да се справим с част а от задачата. Те ни казват: "Точките по-долу" – тези точки – "представляват двата блока." Това представлява блок 1, това представлява блок 2. "Начертай диаграма на силите, на която са показани и обозначени силите (а не компонентите) приложени върху всеки блок. Начертай относителните дължини на всички вектори, за да сравниш големините на всички сили." Добре, нека помислим какви са всички сили, които действат върху всеки от тези блокове. За всеки от тези блокове ще имаш силата на гравитацията, теглото на блоковете ще действа върху тях. Например този пръв блок m1 – ще го начертая първо тук – каква е силата на гравитацията? Силата на гравитацията е масата му по гравитационното поле. Каква ще е силата на гравитацията върху блок 2? Тя ще е по-голяма от тази. Нека я начертая ето така. Силата на гравитацията ще е m2*g Откъде знам, че е по-голяма? m2 има по-голяма маса и сме в същото гравитационно поле. Още не сме готови, понеже също имаме дърпащата нагоре сила на опън на нишката и можем да помислим каква е големината ѝ. Знаем, че силата на опън ще дърпа нагоре и двата блока, но нека помислим каква ще е нейната големина. За да може блок 1 да ускори нагоре, което знаем от логиката за това какво ще се случи, силата на опън трябва да е по-голяма, големината на силата на опън трябва да е по-голяма от големината на теглото. За да може блок 2 да ускори надолу, големината на силата на опън трябва да е по-малка от силата на гравитацията надолу – силата на опън нагоре трябва да е по-малка от силата на гравитацията надолу. Големината на силата на опън ще е между големините на тези две тежести, така че нека начертая това. Големината на силата на опън ще е по-голяма от m1g, но по-малка от m2g. Може би нещо такова – това тук е силата на опън и, опа... и ще имаш – от тази страна ще имаш същата големина на силата на опън, дърпаща нагоре, но сега тя е по-малка от теглото, което означава, че блокът ще ускори надолу и знаем, че тези две сили на опън, големините на тези вектори на силата на опън, ще са еднакви, понеже големината на силата на опън през цялата нишка ще е една и съща. Когато мислиш за силата на опън, тази дърпаща сила, можеш да помислиш какво се случва на атомно или молекулярно ниво – това са ковалентните връзки, дърпащи се една друга, на атомно ниво през цялата нишка и когато го разгледаме на макро ниво, го приемаме като сила на опън. Ето, начертах силите върху тях, но не ги начертах на правилното място, трябва да ги начертая върху това, трябва да ги начертая ето тук. Нека начертая това. Мога да го начертая малко по-точно, понеже са ни дали тези линии. Върху блок 1 имам теглото, това е m1g. Също имам сила на опън – ще я направя висока 2 линии. Също имам силата на опън. Блок 2 ще има същата сила на опън, или, трябва да кажа, същата големина на силата на опън. Тя също дърпа нагоре. Силата на опън – и имам теглото, което ще е по-голямо от силата на опън. Теглото ще направя високо три такива линии. Така, както го начертах, m2 ще е 3 пъти... m2 ще трябва да е 3 пъти по-голямо от m1, според това как го начертах. Не ни казват това, казват ни, че m2 е по-голямо, така че това изглежда правилно. Просто искат да видят логиката ни. Тъй като силата на опън, силата нагоре, е по-голяма от силата надолу ще имаш сумарна сила нагоре, която ще ускори блок 1 нагоре, а тук ще имаш сумарна сила надолу, която ще ускори блок 2 надолу, което съвпада с нашата логика, понеже блок 2 тежи повече от блок 1.