Номер 5, страница 174 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

5. На рис. 7.29.1 шар № 1 неподвижен, шар № 2 движется по гладкому стеклу по инерции, шар № 3 перемещается под действием силы $ \vec{F} $.

В каком случае совершается механическая работа? Почему?

Рис. 7.29.1

Механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила, и под действием этой силы тело перемещается. Работа $A$ определяется формулой $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $F$ – это модуль приложенной силы, $s$ – модуль перемещения тела, а $\alpha$ – угол между векторами силы и перемещения. Для совершения работы необходимо, чтобы одновременно выполнялись три условия: наличие силы, наличие перемещения и чтобы сила (или ее составляющая) была направлена не перпендикулярно перемещению.

Рассмотрим каждый из трех представленных случаев:

№ 1

Шар находится в состоянии покоя, то есть он не движется. Его перемещение равно нулю: $s = 0$. Даже если на шар действуют силы (например, сила тяжести и сила реакции опоры), из-за отсутствия перемещения механическая работа не совершается.

$A_1 = F \cdot 0 \cdot \cos(\alpha) = 0$.

№ 2

Шар движется по инерции. Согласно первому закону Ньютона, движение по инерции — это движение с постоянной скоростью при отсутствии действия на тело других тел или когда это действие скомпенсировано. Это означает, что равнодействующая всех сил, приложенных к шару, равна нулю: $F_{равн} = 0$. Хотя шар и перемещается ($s > 0$), работа равнодействующей силы равна нулю. Отдельные силы, такие как сила тяжести и сила реакции опоры, действуют на шар, но они перпендикулярны направлению движения, поэтому их работа также равна нулю ($\cos(90^\circ) = 0$). Следовательно, в этом случае механическая работа не совершается.

$A_2 = F_{равн} \cdot s \cdot \cos(\alpha) = 0 \cdot s \cdot \cos(\alpha) = 0$.

№ 3

Шар перемещается под действием силы $F$. В этом случае есть и сила, приложенная к телу ($F > 0$), и перемещение ($s > 0$). Из рисунка видно, что направление силы совпадает с направлением перемещения, то есть угол $\alpha = 0^\circ$, и $\cos(0^\circ) = 1$. Все условия для совершения механической работы выполнены.

$A_3 = F \cdot s > 0$.

Ответ: Механическая работа совершается только в случае № 3, поскольку на шар действует сила, и он под действием этой силы совершает перемещение.