Задание OGEPHYS29E7E8: Второй закон Ньютона. Сонаправленность вектора ускорения тела и вектора силы, действующей на тело

Выберем систему отсчёта, связанную с Землёй; в этой задаче считаем её инерциальной. Ось Ox направим горизонтально вправо, Oy — вертикально вверх. После броска мяч не соприкасается с рукой или опорой. Сопротивление воздуха по условию пренебрежимо мало.

На мяч действует единственная существенная сила — сила тяжести mg, направленная вертикально вниз. «Силы броска», продолжающей действовать во время полёта, нет. Поэтому равнодействующая всех сил совпадает с силой тяжести.

Запишем второй закон Ньютона в проекциях:
Rₓ = 0 = maₓ;
Rᵧ = −mg = maᵧ.
Отсюда aₓ = 0, aᵧ = −g. Эти соотношения справедливы во всех точках свободного полёта, в том числе в верхней точке A.

В точке A вертикальная составляющая скорости на мгновение равна нулю, но ускорение и сила тяжести не исчезают. Скорость направлена горизонтально по касательной к траектории, тогда как равнодействующая направлена вниз. На исходном рисунке вниз направлен вектор 4.

Проверка. Благодаря отрицательному вертикальному ускорению сразу после верхней точки у мяча появляется скорость вниз. При нулевой силе траектория продолжилась бы по прямой. Ответ: 4.