Номер 5, страница 145 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 3. Законы сохранения в механике. Параграф 18. Механическая работа. Мощность - номер 5, страница 145.

Условие.

5. Объясните, в каких случаях работа силы равна нулю.

Решение.

Решение

Механическая работа $\text{A}$, совершаемая постоянной силой $\text{F}$, определяется по формуле:$A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$,где $\text{F}$ — это модуль силы, $\text{s}$ — модуль перемещения точки приложения силы, а $\alpha$ — угол между вектором силы и вектором перемещения.

Из данной формулы следует, что работа силы равна нулю, если хотя бы один из множителей в правой части уравнения равен нулю. Это приводит к трем возможным случаям.

1. Модуль силы равен нулю ($F = 0$)
Если на тело не действует никакая сила (или равнодействующая всех сил равна нулю), то и работа этой силы, очевидно, равна нулю.

2. Перемещение равно нулю ($s = 0$)
Если точка приложения силы не перемещается, работа не совершается, даже если сила отлична от нуля. Например, если человек толкает стену, но она остается неподвижной, работа, совершаемая силой человека, равна нулю. Аналогично, при удержании груза на одной высоте работа силы, с которой человек действует на груз, равна нулю.

3. Сила перпендикулярна перемещению ($\alpha = 90^\circ$)
Если вектор силы перпендикулярен вектору перемещения, то угол между ними составляет $90^\circ$. Поскольку $\cos(90^\circ) = 0$, работа такой силы равна нулю.
Примеры:
- Работа силы тяжести, действующей на тело, которое перемещается по горизонтальной поверхности. Сила тяжести направлена вертикально вниз, а перемещение — горизонтально.
- Работа силы реакции опоры. Эта сила всегда перпендикулярна поверхности, поэтому при движении тела вдоль поверхности ее работа равна нулю.
- Работа центростремительной силы при движении тела по окружности. Например, работа силы всемирного тяготения, действующей на спутник на круговой орбите. Сила направлена к центру орбиты, а вектор скорости (и перемещения) — по касательной.

Ответ:
Работа силы равна нулю в одном из трех случаев:
1. Действующая на тело сила равна нулю ($F=0$).
2. Перемещение тела равно нулю ($s=0$).
3. Угол между направлением силы и направлением перемещения составляет $90^\circ$ (сила перпендикулярна перемещению).