На бутылку с широким горлышком положите картонное кольцо, а сверху на кольцо точно над горлышком − небольшую монету (рис. 10). Возьмите палку, просуньте сквозь кольцо и быстро ударьте ею по кольцу в горизонтальном направлении. Кольцо при этом отлетит, а монета упадёт в бутылку. На каком физическом законе основан этот опыт?

рис. 10

Опыт, представленный на рисунке, демонстрирует действие закона инерции — одного из фундаментальных законов механики, сформулированного Галилеем и Ньютона. Закон инерции является частью первого закона Ньютона. Для анализа опыта важно понять основные положения этого закона, а также то, каким образом силы и движения взаимодействуют в рамках физических условий.

Теоретическая основа:

1. Закон инерции: Закон инерции утверждает, что всякое тело стремится сохранять состояние своего покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы или если сумма внешних сил, действующих на тело, равна нулю. Это означает, что всякое тело сопротивляется изменению своего состояния движения или покоя.

Применительно к данному опыту, монета находится в состоянии покоя относительно бутылки и кольца. При быстром ударе по кольцу силы, действующие на кольцо, приводят к его движению, но монета благодаря своей инерции сохраняет первоначальное состояние покоя.

1. Действие внешних сил:
   Когда палка ударяет кольцо, происходит кратковременное взаимодействие между палкой и кольцом. Сила, приложенная палкой, передаётся кольцу, из−за чего кольцо начинает движение в горизонтальном направлении. Однако эта сила практически не передаётся монете, поскольку удар произведён быстро и кратковременно. Таким образом, монета остаётся на месте из−за отсутствия значительного внешнего воздействия.

2. Сила трения:
   Между кольцом и монетой существует сила трения, которая могла бы передать часть движения кольца монете. Однако сила удара направлена горизонтально, и кольцо движется с высокой скоростью, вследствие чего сила трения действует очень кратковременно и не успевает существенно изменить состояние монеты.

3. Гравитация:
   После того как кольцо улетает, монета под действием силы тяжести начинает падать вниз. Сила тяжести — это постоянное взаимодействие между телом (монетой) и Землёй, которое приводит к движению монеты вертикально вниз, в бутылку.

4. Практическое применение закона инерции в опытной ситуации:
   Монета остаётся на месте, пока кольцо убирается. После удаления кольца её инерция перестаёт играть роль, и сила тяжести заставляет её двигаться вниз. Таким образом, монета падает в бутылку, следуя прямолинейной траектории вниз, так как крайне мала горизонтальная составляющая её движения.

Дополнительные понятия:

• Инертность: Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению своего состояния движения или покоя под действием внешних сил. Чем больше масса тела, тем больше его инертность.
• Роль мгновенного действия: Если бы удар был медленным или постепенным, сила трения между кольцом и монетой передала бы часть движения монете, и она могла бы упасть не в бутылку, а мимо неё.

Этот опыт наглядно демонстрирует, как взаимодействуют силы и физические законы, и показывает практическое проявление закона инерции.