Для решения этой задачи нужно использовать второй закон Ньютона и учитывать векторную природу сил.
Дано:
- Масса тела ( m = 20 \, \text{г} = 0.02 \, \text{кг} ).
- Три силы ( \vec{F_1}, \vec{F_2}, \vec{F_3} ) с равными модулями ( F = 40 \, \text{Н} ).
- Углы между силами ( 120^\circ ).
Чтобы найти результирующую силу, действующую на тело, нужно сложить три вектора. Поскольку силы равны по модулю и направлены под углом ( 120^\circ ), они образуют равносторонний треугольник в векторном пространстве сил.
Векторы, образующие равносторонний треугольник, в сумме дают нулевой вектор. Это можно показать следующим образом:
Направим одну из сил, например, ( \vec{F_1} ), вдоль оси ( x ). Тогда её компоненты будут ( \vec{F_1} = (40, 0) ).
Вторая сила ( \vec{F_2} ) под углом ( 120^\circ ) к первой:
[
\vec{F_2} = (40 \cos 120^\circ, 40 \sin 120^\circ) = (-20, 20\sqrt{3}).
]
Третья сила ( \vec{F_3} ) под углом ( 240^\circ ) к первой:
[
\vec{F_3} = (40 \cos 240^\circ, 40 \sin 240^\circ) = (-20, -20\sqrt{3}).
]
Теперь сложим векторы:
[
\vec{F_1} + \vec{F_2} + \vec{F_3} = (40, 0) + (-20, 20\sqrt{3}) + (-20, -20\sqrt{3}) = (0, 0).
]
Результирующая сила равна нулю, следовательно, ускорение тела также будет равно нулю. Это явление называется равновесием сил.
Таким образом, ускорение тела ( a = 0 \, \text{м/с}^2 ).