Номер 2, страница 205 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Рассмотрите рис. 8.33.7 а, б. При каком расположении груза на палке момент его силы тяжести больше? В каком случае груз легче нести? Почему?

Рис. 8.33.7

При каком расположении груза на палке момент его силы тяжести больше?

Момент силы $M$ определяется как произведение модуля силы $F$ на её плечо $l$: $M = F \cdot l$. Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. В данном случае осью вращения является плечо человека, на котором лежит палка. Сила $F$ — это сила тяжести груза, и она одинакова в обоих случаях. Плечо силы $l$ — это расстояние по палке от плеча человека до груза.

На рисунке а груз расположен близко к плечу, поэтому плечо силы $l_а$ мало. На рисунке б груз находится на конце палки, далеко от плеча, поэтому плечо силы $l_б$ велико. Очевидно, что $l_б > l_а$.

Поскольку момент силы прямо пропорционален плечу, момент силы тяжести груза будет больше в том случае, где больше плечо. Следовательно, момент силы тяжести больше в случае б.

Ответ: Момент силы тяжести груза больше в случае б, так как плечо силы тяжести (расстояние от плеча-опоры до груза) в этом случае больше.

В каком случае груз легче нести? Почему?

Палка с грузом представляет собой рычаг, точкой опоры которого является плечо человека. С одной стороны от опоры на палку действует сила тяжести груза $F_г$, создавая вращающий момент $M_г = F_г \cdot l_г$. Чтобы удержать палку в равновесии, человек с другой стороны прикладывает рукой силу $F_р$, создавая уравновешивающий момент $M_р = F_р \cdot l_р$.

По правилу равновесия рычага, моменты сил должны быть равны: $M_г = M_р$, или $F_г \cdot l_г = F_р \cdot l_р$.

Отсюда можно выразить силу, которую человек должен прикладывать рукой для удержания груза: $F_р = F_г \cdot \frac{l_г}{l_р}$.

Груз "легче нести", когда для его удержания требуется прикладывать меньшую силу. Из формулы видно, что сила $F_р$ прямо пропорциональна плечу силы тяжести груза $l_г$.

В случае а груз находится близко к плечу, плечо $l_г$ мало, и, соответственно, для равновесия требуется небольшая сила со стороны руки $F_р$.

В случае б груз находится далеко, плечо $l_г$ велико, поэтому для равновесия требуется приложить значительно большую силу $F_р$.

Кроме того, общая сила давления на плечо-опору равна сумме силы тяжести груза и силы, прикладываемой рукой: $F_{опоры} = F_г + F_р$. Поскольку в случае а сила $F_р$ меньше, то и общая нагрузка на плечо человека также будет меньше. Поэтому нести груз в положении а физически легче.

Ответ: Груз легче нести в случае а. Это связано с тем, что палка является рычагом. Чем ближе груз к точке опоры (плечу), тем меньше плечо силы тяжести и, следовательно, тем меньшую уравновешивающую силу нужно прикладывать рукой, чтобы удержать рычаг в равновесии. Также уменьшается и общая сила давления на плечо.