Объяснение движения человека и космического корабля на орбите Земли [закрыто]

Вокруг Земли вращается человек и космический корабль. Человек находится вне космического корабля и никак с ним не связан. Расстояние между человеком и космическим кораблем остается постоянным. Почему они не расходятся?

а) Сила тяжести, действующая на космонавта и космический корабль, пренебрежимо мала

б) Космический корабль и космонавт находятся на орбите вокруг Солнца с Землей

в) Силы гравитации, действующие как на космонавта, так и на космический корабль, одинаковы.

г) Ускорения космонавта и космического корабля обратно пропорциональны
их массам.

Это явно плохо сформулированный вопрос, который можно интерпретировать по-разному, особенно ответ на часть d. Несколько человек (в том числе несколько школьных учителей и учителей) расходятся во мнениях относительно ответа.

Я считаю, что ответ д. Причина, по которой я говорю это, заключается в том, что ускорение обратно пропорционально массе, что приводит к тому, что человек и космический корабль имеют одинаковое ускорение, несмотря на различную величину действующей гравитационной силы. Следовательно, поскольку они ускоряются с одинаковой скоростью, они не должны отдаляться друг от друга.

Однако другие считают, что ответ b. Я не уверен в их рассуждениях и не понимаю, как тот факт, что два объекта, вращающиеся вокруг Солнца (что совершенно не имеет отношения к вопросу), доказывает, что они должны находиться на одинаковом расстоянии друг от друга. Я упускаю какой-то особый эффект, который солнце оказывает на объекты, вращающиеся вокруг Земли?

Может ли кто-нибудь прояснить это? Спасибо

д) Ускорения обычно обратно пропорциональны массам, но так как сила тяжести пропорциональна массам, то в этом случае ускорения равны .
@Javier Хавьер Так ты бы сказал, что d - самый правильный ответ?
Ближе всего к истине (с) - но он плохо сформулирован. Действие гравитации на обоих одинаково (они оба находятся в свободном падении вокруг Земли). Величина силы разная (из-за разных масс), но, как указывает Хавьер, ускорения одинаковы (поэтому они и не расходятся).
Кстати, а "учителя" - это учителя физики? Или просто случайные учителя искусства и истории? #просто интересуюсь
@OwenBoyle Это настоящие учителя физики. Я понимаю, что вы имеете в виду под «эффект гравитации тот же», но как тогда правильно? C утверждает, что сила на них одинакова, что явно неверно.
Проблема с d) в том, что оно неоднозначно; чтобы сказать, что две вещи обратно пропорциональны, вы должны указать, что считается фиксированным. г) правильно, если силы фиксированы (а они не фиксированы), но не в том случае, если фиксирована масса Земли (а она фиксирована).
@Javier Так что бы ты сказал, что это лучший ответ? Есть ли какое-то объяснение, почему B правильно?
Ни по каким рассуждениям (б) правильно. Солнце не имеет значения. (г) не является двусмысленным; на самом деле это ясно и правильно сформулировано.
На самом деле космонавт уплывает . Масштаб времени порядка одной орбиты, что составляет час или два на низкой околоземной орбите. Таким образом, расстояние от астронавта до космического корабля может удваиваться каждые несколько часов. Так что пока астронавт не решит вздремнуть, с ним все будет в порядке.

Ответы (3)

Давайте рассмотрим каждый ответ по очереди:

а) Сила тяжести, действующая на космонавта и космический корабль, пренебрежимо мала

Неправильный. Чтобы быть на орбите, должна действовать гравитация. Если бы им можно было пренебречь, они просто летели бы по прямой линии в космосе.

б) Космический корабль и космонавт находятся на орбите вокруг Солнца с Землей

Это верно, но не имеет значения. Очевидно, что все, что находится на орбите вокруг Земли, также находится на орбите вокруг Солнца. И Млечный Путь. И так далее.. Но это не причина, по которой они не расходятся.

в) Силы гравитации, действующие как на космонавта, так и на космический корабль, одинаковы.

Строго говоря, это неправильно. Сила пропорциональна их массе. Если корабль в 100 раз больше массы человека, то сила на корабле в 100 раз больше, чем на человеке. Однако я думаю, что спрашивающий, возможно, пытался сказать что-то вроде напряженности гравитационного поля . Так что это ближе всего к ожидаемому ответу.

г) Ускорения космонавта и космического корабля обратно пропорциональны их массам.

Неправильный. Если вы примените ту же силу к человеку и кораблю, вы обнаружите, что это правда, но мы этого не делаем. Силы, как сказано выше, разные. Ускорение свободного падения одинаково для обоих.

Вопрос ужасный - ни один из ответов не является однозначно правильным. Один правильный, но не относящийся к делу, а тот, который должен быть правильным ответом (с), плохо сформулирован и неверен, если понимать его буквально.

(с) не совсем верно. Это совершенно неправильно. Силы, действующие на объекты, пропорциональны их массе. Ф "=" г М м / р 2
@garyp Как я уже сказал чуть дальше, это неправильно. Что почти правильно в этом, так это взмахи рукой идея о том, что гравитация делает одно и то же с обоими. Это то, к чему, я думаю, обращается спрашивающий.

Ни один из приведенных ответов не является правильным объяснением. Причина, по которой космонавт не улетает, заключается в том, что ускорение силы тяжести одинаково для космонавта и космического корабля. Это то, что удерживает космический корабль на орбите, и оно не меняется только потому, что космонавт выходит наружу. Сила тяжести, действующая на космонавта и космический корабль, пропорциональна их массе, а их ускорение пропорционально действующей на них силе тяжести. Но их ускорение также обратно пропорционально их массе, поэтому ускорение фактически постоянно по отношению к массе. Вот почему космонавт не улетает.

Но (d) - лучший ответ. Это не неправильно, просто неполно. Остальные действительно ошибаются.
Может быть, но ИМХО вопрос сформулирован крайне неудачно

Ответ (d) и в этом нет ничего двусмысленного. а "=" Ф / м , истинный. Но закон всемирного тяготения Ньютона Ф "=" г М м / р 2 ∝ м , так что а "=" г М / р 2 . С р одинаково для обоих, их ускорение (центростремительное) одинаково. Обратно пропорциональна их массе, да, но все равно такая же.

Обратная зависимость между ускорением и массой — это еще не все: вам также нужна пропорциональная зависимость между силой и массой. Но все остальные ответы неверны , и (d) содержит существенную часть анализа. Это лучший ответ.

Попутно отметим, что полная история также требует эквивалентности гравитационной массы и инертной массы, что не обязательно верно в классической нерелятивистской механике, но подтверждается экспериментально с очень высокой степенью точности. Общая теория относительности Эйнштейна говорит, что они должны быть в точности равны.

обновление после комментариев

То, что они обратно пропорциональны массе, не означает, что они численно не равны. Однако я вижу, что то, что кажется мне ясным, другими читается иначе. Видимо, моя голова работает так же, как и автор вопроса. Но... это не лучшая ситуация для экзаменационного вопроса. Так что теперь я согласен, что это паршивый вопрос.

Ускорение - это изменение скорости. Астронавт и космический корабль имеют одинаковое изменение скорости, поэтому они испытывают одинаковое ускорение. Сила пропорциональна массе, поэтому, разделив их, вы получите одинаковое ускорение.
@PeterShor Разве я не сказал это только что?
Возможно, вы сказали это, но вы также сказали, что ответ (d) был правильным, а это не так. Астронавт и космический корабль имеют одинаковое ускорение и совершенно разные массы. Таким образом, ускорение не обратно пропорционально массе.
@PeterShor Почему это неправильно? Это вопрос с несколькими вариантами ответов, и правилом множественного выбора является «выбрать лучший ответ ». Он неполный, но это не имеет значения. Это лучший ответ.
Это совершенно неправильно. Так же как и (а) и (в). Ответ (b) просто не имеет значения, так что, возможно, это лучше.
@PeterShor Хорошо, но в (d) нет ошибки, и это часть полного ответа. Большой выбор. Выберите лучший ответ. Если вы проголосовали против, возможно, вы подумаете об его удалении?
(г) неправильно. (d) говорит, что ускорения различны. Они не. Они такие же. Вы сами сказали это в а "=" г М / р 2 - для объектов нет термина массы, поэтому их масса не имеет значения.
@OwenBoyle Ага. Ну я не так читаю. То, что они обратно пропорциональны массе, не означает, что они не равны. Однако я вижу, что то, что кажется мне ясным, другими читается по-другому... не очень хорошая ситуация для экзаменационного вопроса.
@garyp - Как я уже сказал, это ужасный вопрос. Что еще хуже, так это то, что учителя в этой истории не могли этого видеть.
@OwenBoyle Я согласен, но поверьте мне на слово: есть по крайней мере один университетский профессор, которому это кажется совершенно ясным.
Спасибо за все ваши мнения. Да, я согласен, что это довольно плохо сформулированный вопрос. Этот вопрос был в статье Physics HSC этого года, поэтому я удивлен, что он так плохо сформулирован.
Объяснение движения человека и космического корабля на орбите Земли [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v