Номер 2, страница 128 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 28. Работа силы. 4. Законы сохранения. Механика - номер 2, страница 128.

Условие.

2. При каких условиях работа силы положительна; отрицательна; равна нулю?

Решение.

1. В чем заключается физический смысл работы?

Физический смысл механической работы состоит в том, что она является скалярной величиной, которая служит мерой изменения энергии тела (или системы тел) под действием приложенной к нему силы. Когда сила совершает работу, она передает или отнимает энергию у тела.

Согласно теореме о кинетической энергии, работа, совершаемая равнодействующей всех сил, действующих на тело, равна изменению кинетической энергии этого тела: $A_{равн} = \Delta E_к = E_{к2} - E_{к1}$.

Таким образом, если совершается положительная работа, энергия тела увеличивается (например, возрастает его скорость). Если совершается отрицательная работа, энергия тела уменьшается (например, скорость падает). Если работа равна нулю, то кинетическая энергия тела под действием данной силы не изменяется.

Ответ: Физический смысл работы заключается в том, что она является мерой изменения энергии тела в результате действия на него силы.

2. При каких условиях работа силы положительна; отрицательна; равна нулю?

Механическая работа $A$ вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $F$ — модуль приложенной силы, $s$ — модуль перемещения тела, а $\alpha$ — угол между вектором силы $\vec{F}$ и вектором перемещения $\vec{s}$. Знак работы определяется значением $\cos(\alpha)$.

Работа силы положительна ($A > 0$), когда угол $\alpha$ между векторами силы и перемещения острый, то есть $0^\circ \le \alpha < 90^\circ$. В этом случае $\cos(\alpha) > 0$. Это означает, что сила (или ее проекция на направление движения) сонаправлена с перемещением. Такая сила способствует движению, "помогая" ему. Пример: работа силы тяги, когда автомобиль разгоняется.

Работа силы отрицательна ($A < 0$), когда угол $\alpha$ между векторами силы и перемещения тупой, то есть $90^\circ < \alpha \le 180^\circ$. В этом случае $\cos(\alpha) < 0$. Это означает, что сила (или ее проекция на направление движения) направлена в сторону, противоположную перемещению. Такая сила препятствует движению, "мешая" ему. Пример: работа силы трения скольжения при торможении.

Работа силы равна нулю ($A = 0$) в трех случаях:
1. Сила перпендикулярна перемещению ($\alpha = 90^\circ$). В этом случае $\cos(90^\circ) = 0$. Пример: работа силы тяжести при движении санок по горизонтальной дороге.
2. Перемещение тела равно нулю ($s=0$). Если на тело действует сила, но оно остается на месте, работа не совершается. Пример: попытка сдвинуть с места тяжелый шкаф.
3. Приложенная сила равна нулю ($F=0$). Если на тело не действует сила, то и работа этой силы равна нулю.

Ответ: Работа положительна, если угол между силой и перемещением острый ($0^\circ \le \alpha < 90^\circ$); отрицательна, если угол тупой ($90^\circ < \alpha \le 180^\circ$); равна нулю, если сила перпендикулярна перемещению ($\alpha = 90^\circ$), либо если сила или перемещение равны нулю.