Номер ?1, страница 122, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Работа, мощность, энергия. Параграф 77. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?1, страница 122.

Условие.

Может ли механическую работу совершить сила трения покоя?

Решение.

Да, сила трения покоя может совершать механическую работу.

Механическая работа $\text{A}$ совершается, когда на тело действует сила $\text{F}$, и тело перемещается на расстояние $\text{s}$. Работа вычисляется по формуле: $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $\alpha$ — это угол между направлением силы и направлением перемещения.

На первый взгляд кажется, что сила трения покоя не может совершать работу, так как она действует между поверхностями, которые не движутся друг относительно друга. Это означает, что точка приложения силы трения покоя не перемещается относительно другой поверхности, и работа на микроуровне, в месте контакта, равна нулю.

Однако, если рассматривать движение тела в целом в некоторой системе отсчета, то работа силы трения покоя может быть не равна нулю. Тело, к которому приложена эта сила, может перемещаться.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Человек идет по земле. Когда мы делаем шаг, мы отталкиваемся ногой от земли назад. В ответ возникает сила трения покоя между подошвой и землей, которая направлена вперед. Именно эта сила и толкает нас вперед. Поскольку сила трения покоя направлена в ту же сторону, что и наше перемещение, она совершает положительную работу, увеличивая нашу кинетическую энергию.

2. Ящик в кузове ускоряющегося автомобиля. Когда автомобиль начинает движение с ускорением, на ящик, лежащий в кузове, начинает действовать сила трения покоя. Она направлена в сторону движения автомобиля и не дает ящику соскользнуть назад. В системе отсчета, связанной с дорогой, ящик перемещается вперед. Так как направление силы трения покоя совпадает с направлением перемещения, она совершает положительную работу над ящиком.

3. Ящик в кузове тормозящего автомобиля. Если автомобиль тормозит, ящик по инерции стремится продолжить движение вперед. Сила трения покоя в этом случае будет направлена против движения автомобиля, удерживая ящик от соскальзывания. Перемещение ящика все еще направлено вперед (пока он не остановится), а сила трения покоя — назад. Угол между силой и перемещением равен $180°$. В этом случае сила трения покоя совершает отрицательную работу, уменьшая кинетическую энергию ящика.

Во всех этих случаях сила трения покоя является внешней силой для рассматриваемого тела (человека, ящика) и совершает над ним работу, изменяя его механическую энергию.

Ответ: Да, сила трения покоя может совершать механическую работу. Это происходит, когда тело, к которому приложена эта сила, движется в выбранной системе отсчета. Работа силы трения покоя может быть как положительной, так и отрицательной.