Номер 5, страница 97, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 26. Инерция. Вопросы и задания - номер 5, страница 97.

Условие.

5. Почему запрещается резко поднимать груз подъёмным краном?

Решение.

Резко поднимать груз подъёмным краном запрещается из-за явления инерции и законов динамики, которые приводят к возникновению значительных перегрузок в тросе и конструкции крана. Рассмотрим это с точки зрения физики.

Решение

Когда груз висит неподвижно или поднимается с постоянной скоростью, на него действуют две основные силы: сила тяжести $F_т = mg$, направленная вниз, и сила натяжения троса $\text{T}$, направленная вверх. В этом случае силы уравновешены, и по второму закону Ньютона сила натяжения троса равна весу груза:

$T = F_т = mg$

где $\text{m}$ – масса груза, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

Однако, когда кран начинает резко поднимать груз, он сообщает ему ускорение $\text{a}$, направленное вверх. В этот момент, согласно второму закону Ньютона, равнодействующая сила, приложенная к грузу, равна $F_{равн} = ma$. Эта равнодействующая сила является разностью между силой натяжения троса и силой тяжести:

$F_{равн} = T' - mg$

Следовательно:

$T' - mg = ma$

Отсюда можно выразить новую, увеличенную силу натяжения троса $T'$ в момент резкого подъёма:

$T' = mg + ma = m(g + a)$

Из этой формулы видно, что сила натяжения троса $T'$ при подъёме с ускорением больше, чем вес груза $\text{mg}$. Чем резче подъём, тем больше ускорение $\text{a}$, и, соответственно, тем больше сила натяжения $T'$. Эта дополнительная сила, $\text{ma}$, называется силой инерции или динамической нагрузкой.

Если эта динамическая нагрузка будет слишком большой, суммарная сила натяжения $T'$ может превысить предел прочности троса, что приведёт к его обрыву. Кроме того, резкие рывки создают пиковые нагрузки не только на трос, но и на все элементы конструкции крана (стрелу, лебёдку, опоры), что может вызвать их деформацию или разрушение.

Ответ: Резкий подъём груза краном запрещён, так как из-за ускорения возникает дополнительная динамическая нагрузка (сила инерции), которая суммируется с весом груза. Это приводит к значительному увеличению силы натяжения троса и нагрузки на всю конструкцию крана, что может превысить их предел прочности и привести к обрыву троса или поломке крана.