Номер 3, 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 3, страница 133.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Чтобы определить, какая сила совершает работу при движении бруска, необходимо проанализировать все силы, действующие на него после удара, и их направление относительно направления движения.

Работа силы вычисляется по формуле:

$A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$

где $F$ – это модуль силы, $s$ – модуль перемещения тела, а $\alpha$ – угол между направлением действия силы и направлением перемещения.

После того как по бруску нанесли резкий удар, и он начал скользить по столу, на него действуют три основные силы:

1. Сила тяжести ($F_т$), направленная вертикально вниз.
2. Сила нормальной реакции опоры ($N$), направленная вертикально вверх, перпендикулярно поверхности стола.
3. Сила трения скольжения ($F_{тр}$), направленная горизонтально, в сторону, противоположную движению бруска.

Сила самого удара является кратковременной. Она сообщает бруску начальную скорость (и кинетическую энергию), но не действует на него в процессе дальнейшего движения по столу. Поэтому мы рассматриваем только те силы, которые действуют на брусок во время его скольжения.

Проанализируем работу каждой из действующих сил:

• Работа силы тяжести и силы нормальной реакции опоры.

  Брусок движется горизонтально. Сила тяжести и сила нормальной реакции опоры действуют перпендикулярно направлению перемещения. Следовательно, угол $\alpha$ для этих сил равен $90^\circ$. Поскольку $\cos(90^\circ) = 0$, работа этих сил равна нулю.

  $A_{F_т} = 0$ и $A_N = 0$.

• Работа силы трения.

  Сила трения скольжения всегда направлена против движения. Значит, угол $\alpha$ между вектором силы трения и вектором перемещения составляет $180^\circ$. Косинус этого угла равен -1 ($\cos(180^\circ) = -1$). Поэтому сила трения совершает отрицательную работу:

  $A_{тр} = F_{тр} \cdot s \cdot \cos(180^\circ) = -F_{тр} \cdot s$

  Именно эта отрицательная работа приводит к уменьшению кинетической энергии бруска, из-за чего он замедляется и в конце концов останавливается.

Таким образом, единственной силой, совершающей работу в процессе движения бруска по столу, является сила трения.

Ответ: При движении бруска по столу работу совершает сила трения скольжения. Эта работа является отрицательной, так как сила трения направлена против движения.