Номер 12, страница 146 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 3. Законы сохранения в механике. Параграф 18. Механическая работа. Мощность - номер 12, страница 146.

Условие.

12. Приведите примеры движения, при которых работа силы тяжести равна нулю.

Решение.

Решение

Работа силы определяется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $\text{F}$ – модуль силы, $\text{s}$ – модуль перемещения, а $\alpha$ – угол между вектором силы и вектором перемещения. Сила тяжести $\vec{F}_{тяж}$ всегда направлена вертикально вниз. Работа силы тяжести будет равна нулю в двух основных случаях.

Первый случай: перемещение тела перпендикулярно направлению силы тяжести. В этом случае угол $\alpha = 90^{\circ}$, и, следовательно, $\cos(90^{\circ}) = 0$. Это происходит при любом движении тела в горизонтальной плоскости.

Примеры:
- Движение автомобиля по горизонтальному участку дороги.
- Движение шайбы по льду.
- Искусственный спутник Земли, движущийся по круговой орбите (вектор скорости, а значит и малого перемещения, в любой точке направлен по касательной к орбите, а сила тяжести — к центру Земли, то есть перпендикулярно перемещению).

Второй случай: начальная и конечная высота тела совпадают. Работа силы тяжести равна $A_{тяж} = mg(h_1 - h_2)$, где $h_1$ — начальная высота, а $h_2$ — конечная высота. Если $h_1 = h_2$, то работа силы тяжести равна нулю. Это означает, что тело вернулось на ту же высоту, с которой начало движение.

Примеры:
- Тело, брошенное вверх, возвращается в точку броска.
- Человек поднимается по лестнице на второй этаж, а затем спускается обратно на первый.
- Движение тела по любой замкнутой траектории, если начальная и конечная точки совпадают по высоте.

Также работа равна нулю, если тело покоится ($s=0$), но в вопросе речь идет о движении.

Ответ: Работа силы тяжести равна нулю, когда тело движется строго горизонтально (например, автомобиль по ровной дороге) или когда его начальная и конечная высота совпадают (например, подброшенный мяч возвращается в руку).