Номер 2, страница 134 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 40. Механическая работа и мощность силы. Глава 4. Законы сохранения в механике - номер 2, страница 134.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Да, сила трения покоя может совершать работу.

Механическая работа силы определяется формулой $A = \vec{F} \cdot \vec{s} = Fs \cos\alpha$, где $\vec{F}$ — это сила, а $\vec{s}$ — перемещение точки приложения силы. Для совершения работы необходимо, чтобы точка приложения силы перемещалась ($s \ne 0$).

Сила трения покоя возникает между двумя телами, которые не движутся друг относительно друга. Из-за этого часто возникает заблуждение, что раз нет относительного движения, то и перемещение точки приложения силы трения покоя всегда равно нулю, а значит, и ее работа равна нулю. Однако это не так. Для вычисления работы важно перемещение точки приложения силы в выбранной системе отсчета (например, связанной с землей), а не отсутствие относительного движения между соприкасающимися поверхностями.

Рассмотрим конкретный пример: ящик лежит в кузове грузовика.

Случай положительной работы

Представим, что грузовик начинает движение с ускорением $\vec{a}$. Ящик, находящийся в кузове, также начинает двигаться с ускорением $\vec{a}$ вместе с грузовиком, не проскальзывая. Сила, которая сообщает ящику это ускорение, — это именно сила трения покоя $\vec{F}_{тр.п.}$, действующая на ящик со стороны кузова и направленная в сторону движения.

Поскольку ящик перемещается вместе с грузовиком на некоторое расстояние $\vec{s}$ в системе отсчета, связанной с землей, точка приложения силы трения покоя к ящику также перемещается на это расстояние. Так как направление силы $\vec{F}_{тр.п.}$ и перемещения $\vec{s}$ совпадают, угол между ними $\alpha = 0$. Работа, совершаемая силой трения покоя над ящиком, будет положительной: $A = F_{тр.п.} \cdot s \cdot \cos(0^\circ) = F_{тр.п.} \cdot s > 0$. Эта работа идет на увеличение кинетической энергии ящика.

Случай отрицательной работы

Теперь представим, что движущийся грузовик начинает тормозить. Ящик замедляет свое движение вместе с грузовиком (опять же, без проскальзывания). Сила, вызывающая замедление ящика, — это сила трения покоя $\vec{F}_{тр.п.}$, которая в данном случае направлена против движения грузовика.

Ящик при торможении все еще движется вперед, проходя некоторое расстояние $\vec{s}$. Однако сила трения покоя $\vec{F}_{тр.п.}$ направлена в противоположную сторону. Угол между вектором силы и вектором перемещения составляет $\alpha = 180^\circ$. В этом случае работа силы трения покоя будет отрицательной: $A = F_{тр.п.} \cdot s \cdot \cos(180^\circ) = -F_{тр.п.} \cdot s < 0$. Эта работа уменьшает кинетическую энергию ящика.

Таким образом, сила трения покоя может совершать как положительную, так и отрицательную работу, если тело, к которому она приложена, перемещается в рассматриваемой системе отсчета.

Ответ: Да, сила трения покоя может совершать работу. Это происходит в тех случаях, когда точка приложения этой силы перемещается вместе с телом в выбранной системе отсчета. Работа может быть как положительной (например, при разгоне тела на движущейся поверхности), так и отрицательной (при торможении).