Номер 3, страница 204 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

3. Дают ли простые механизмы выигрыш в работе?

3. Дают ли простые механизмы выигрыш в работе?

Нет, простые механизмы не дают выигрыша в работе. Это утверждение известно как «золотое правило» механики, которое гласит: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии.

Работа в физике определяется как произведение силы на расстояние, на котором эта сила действует: $A = F \cdot s$.

В идеальном простом механизме, где отсутствуют силы трения и другие потери энергии, совершённая работа (работа, приложенная к механизму) $A_{соверш}$ равна полезной работе (работа, выполненная механизмом) $A_{полезн}$. $A_{соверш} = A_{полезн}$

Если мы, используя механизм, получаем выигрыш в силе в $k$ раз (то есть прикладываем силу $F_1$, а механизм действует на тело с силой $F_2 = k \cdot F_1$), то для совершения той же работы нам придётся переместить точку приложения нашей силы на расстояние $s_1$, которое будет в $k$ раз больше, чем расстояние $s_2$, на которое переместится тело под действием механизма ($s_1 = k \cdot s_2$). Тогда работа будет одинаковой: $A_{соверш} = F_1 \cdot s_1 = F_1 \cdot (k \cdot s_2)$ $A_{полезн} = F_2 \cdot s_2 = (k \cdot F_1) \cdot s_2$

Таким образом, $A_{соверш} = A_{полезн}$.

В реальных условиях всегда существуют силы трения и сопротивление воздуха. На их преодоление затрачивается часть приложенной работы, которая превращается в тепло. Поэтому полная (совершённая) работа всегда больше полезной работы. $A_{соверш} > A_{полезн}$

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия (КПД) механизма ($\eta$), и он всегда меньше 1 (или 100%). $\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{соверш}} < 1$

Следовательно, при использовании любого реального простого механизма мы всегда получаем проигрыш в работе.

Ответ: Простые механизмы не дают выигрыша в работе. Согласно «золотому правилу» механики, выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии, из-за чего работа как минимум не изменяется. В реальных механизмах из-за наличия трения полезная работа всегда оказывается меньше затраченной, то есть происходит проигрыш в работе.