Номер 4, страница 92, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 68. Механическая работа. Вопросы и задания - номер 4, страница 92.

Условие.

4. Приведите примеры, когда сила, действующая на тело, не совершает работу при перемещении тела.

Решение.

Механическая работа $\text{A}$, совершаемая постоянной силой $\vec{F}$, когда тело, к которому приложена эта сила, перемещается, вычисляется по формуле:

$A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$

где $\text{F}$ — модуль силы, $\text{s}$ — модуль перемещения, а $\alpha$ — угол между вектором силы $\vec{F}$ и вектором перемещения $\vec{s}$.

Из этой формулы следует, что работа не совершается ($A = 0$), если выполняется одно из следующих условий:

1. Перемещение тела равно нулю ($s=0$).
2. Угол между направлением действия силы и направлением перемещения равен $90^\circ$ ($\alpha = 90^\circ$), так как $\cos(90^\circ) = 0$.

Рассмотрим примеры для каждого из этих случаев.

1. Примеры, когда перемещение тела равно нулю ($s=0$)

В этих ситуациях на тело действует сила, но оно остается неподвижным.

• Человек пытается сдвинуть с места очень тяжелый камень. Он прикладывает к камню силу, но камень не двигается. Поскольку перемещение равно нулю, работа, совершаемая силой человека, равна нулю.

• Книга лежит на столе. На нее действует сила тяжести (направлена вниз) и сила нормальной реакции опоры со стороны стола (направлена вверх). Книга покоится, ее перемещение равно нулю, поэтому работа обеих этих сил равна нулю.

2. Примеры, когда сила перпендикулярна перемещению ($\alpha = 90^\circ$)

В этих случаях тело движется, но направление действующей силы перпендикулярно направлению его движения.

• Тело скользит по гладкой горизонтальной поверхности. Сила тяжести, действующая на тело, направлена вертикально вниз, а сила реакции опоры — вертикально вверх. Перемещение тела происходит по горизонтали. Угол между каждой из этих сил и перемещением составляет $90^\circ$, следовательно, их работа равна нулю.

• Движение планеты или спутника по круговой орбите. Сила всемирного тяготения, действующая на спутник, всегда направлена к центру орбиты (перпендикулярно вектору скорости). Так как мгновенное перемещение направлено по касательной к орбите (то есть по вектору скорости), угол между силой и перемещением равен $90^\circ$. Поэтому работа силы тяготения равна нулю.

• Человек несет тяжелую сумку, идя по горизонтальной дороге с постоянной скоростью. Сила, с которой рука человека действует на сумку, направлена вертикально вверх (компенсируя силу тяжести). Перемещение сумки происходит в горизонтальном направлении. Поскольку сила перпендикулярна перемещению, работа, совершаемая человеком по удержанию сумки, равна нулю.

• Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу, которая движется в магнитном поле. Эта сила всегда перпендикулярна вектору скорости частицы и, следовательно, ее перемещению. Поэтому работа силы Лоренца всегда равна нулю, и она не может изменить кинетическую энергию частицы (только направление ее движения).

Ответ: Сила, действующая на тело, не совершает работу при его перемещении, если: 1) перемещение тела равно нулю; 2) вектор силы перпендикулярен вектору перемещения тела.