Номер 2, страница 133 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 40. Механическая работа и мощность силы. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 2, страница 133.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Обсудите с одноклассником случаи движения тел, при которых работа действующих на тела сил равна нулю.

Механическая работа $A$ вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $F$ — модуль силы, $s$ — модуль перемещения тела, а $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения. Исходя из этой формулы, работа силы равна нулю в следующих основных случаях:

1. Перемещение тела равно нулю ($s = 0$). Если на тело действует сила, но оно остается неподвижным, работа этой силы равна нулю. Например, работа силы, с которой человек давит на неподвижную стену, равна нулю.

2. Сила перпендикулярна перемещению ($\alpha = 90^\circ$). Если направление действия силы перпендикулярно направлению движения тела, то $\cos(90^\circ) = 0$, и работа такой силы равна нулю. Примеры:

- работа силы тяжести и силы нормальной реакции при движении санок по горизонтальной поверхности;

- работа силы тяжести при движении спутника по круговой орбите вокруг планеты;

- работа силы, удерживающей груз, при его перемещении в горизонтальном направлении.

3. Суммарная работа всех сил равна нулю ($A_{полн} = 0$). Согласно теореме о кинетической энергии, полная работа всех сил, действующих на тело, равна изменению его кинетической энергии ($A_{полн} = \Delta E_k$). Если кинетическая энергия тела не изменяется, то есть тело движется с постоянной скоростью (равномерно и прямолинейно), то суммарная работа всех сил равна нулю. Например, при равномерном движении автомобиля работа силы тяги двигателя компенсируется отрицательной работой сил трения и сопротивления воздуха.

Ответ: Работа силы равна нулю, если отсутствует перемещение тела, если сила перпендикулярна перемещению, или если суммарная работа всех действующих на тело сил равна нулю (например, при движении тела с постоянной скоростью).

Какая сила совершает работу при остановке поезда, а какая не совершает?

Во время торможения на поезд, движущийся по горизонтальному участку пути, действуют: сила тяжести, сила нормальной реакции опоры, сила трения (тормозная сила) и сила сопротивления воздуха.

Силы, совершающие работу:

Работу совершают сила трения (создаваемая тормозной системой) и сила сопротивления воздуха. Обе эти силы направлены против движения поезда. Угол между вектором силы и вектором перемещения составляет $180^\circ$, поэтому их работа отрицательна. Именно эта отрицательная работа приводит к уменьшению кинетической энергии поезда и его последующей остановке.

Силы, не совершающие работу:

Сила тяжести (направлена вертикально вниз) и сила нормальной реакции опоры (направлена вертикально вверх) работу не совершают. Обе эти силы перпендикулярны направлению горизонтального перемещения поезда ($\alpha = 90^\circ$), поэтому их работа равна нулю.

Ответ: При остановке поезда работу совершает сила трения (и сила сопротивления воздуха), а не совершают работу сила тяжести и сила нормальной реакции опоры.