Задание OGEPHYS4814E1: Явление инерции. Первый закон Ньютона.

Систему отсчёта связываем с Землёй, ось Ox направим по движению поезда, Oy вверх. До изменения скорости поезда мяч неподвижен относительно стола, но движется относительно Земли со скоростью v₀, равной скорости поезда.

Рассматриваем принятую в задаче модель: горизонтальное воздействие стола на мяч мало. На мяч действуют тяжесть mg вниз и реакция горизонтального стола N вверх. Проекции второго закона Ньютона:
maₓ ≈ 0;
maᵧ = N − mg = 0.
Поэтому N = mg, а горизонтальная скорость центра мяча остаётся приблизительно прежней: vₓ ≈ v₀. Для явно гладкого стола горизонтальную силу в идеальной модели принимаем равной нулю.

Обозначим текущую скорость поезда V. Скорость мяча относительно стола:
uₓ = vₓ − V.
При разгоне V > v₀, значит, uₓ < 0. Центр мяча перемещается назад относительно вагона. Это не означает, что мяч начал двигаться назад относительно Земли: сравниваются разные системы отсчёта.

По наблюдаемому направлению перемещения мяча заключаем: поезд начал разгоняться.

Проверка. Если поезд продолжает равномерное прямолинейное движение, V = v₀ и uₓ = 0: мяч остаётся на месте относительно столика. При противоположном изменении V знак uₓ меняется. Детали вращения мяча не нужны для определения направления перемещения его центра. Ответ: 2.