Когда двое соперников перетягивают канат и прикладывают к нему равные по модулю силы, то возникают несколько важных аспектов, которые можно рассмотреть с точки зрения физики.
а) Какова равнодействующая этих сил?
Если оба соперника прикладывают равные по модулю, но противоположные по направлению силы к канату, то:
- Силы направлены в противоположные стороны. Пусть один соперник тянет канат вправо, прикладывая силу ( F ), а другой тянет влево, прикладывая силу ( -F ).
- Равнодействующая сила. Равнодействующая сила ( \vec{F}{\text{рез}} ) в этом случае равна:
[
\vec{F}{\text{рез}} = F + (-F) = 0
]
Таким образом, равнодействующая этих двух сил равна нулю. Это означает, что если учитывать только силы, приложенные соперниками, канат как целое находится в состоянии равновесия и не движется в одну из сторон.
б) Канат порвался, когда оба соперника тянули его с силами по 400 Н. Может ли разорвать канат один человек, прикладывающий силу 400 Н?
Канат порвался при натяжении в 400 Н с каждой стороны. Но нужно учитывать, что каждая из этих сил действует в противоположных направлениях, создавая общее натяжение в канате.
Общее натяжение каната. Когда один соперник прикладывает силу 400 Н в одну сторону, а другой соперник — 400 Н в противоположную сторону, натяжение в канате составляет сумму этих сил:
[
T = F_1 + F_2 = 400 \text{ Н} + 400 \text{ Н} = 800 \text{ Н}
]
Таким образом, общее натяжение, которое выдерживал канат перед разрывом, было 800 Н.
Один человек. Если один человек будет тянуть канат с силой 400 Н, то натяжение в канате будет равно 400 Н в одной стороне. Но для того, чтобы канат разорвался, он должен выдерживать натяжение в 800 Н, что было достигнуто только при условии, что оба соперника тянули его с силой по 400 Н.
Следовательно, один человек, прикладывающий силу 400 Н, не сможет разорвать канат, поскольку натяжение будет в два раза меньше того, что необходимо для разрыва. Канат порвётся только если натяжение в нем достигнет 800 Н, что возможно, если два человека тянут его с силой по 400 Н каждый, в противоположных направлениях.