Номер 2, страница 140, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 83. Колесо и ось. Зубчатые передачи. Повторим изученное - номер 2, страница 140.

Условие.

• Что такое выигрыш в силе?

Решение.

Что такое выигрыш в силе?

Выигрыш в силе — это безразмерная физическая величина, которая показывает, во сколько раз простой механизм (например, рычаг, блок, наклонная плоскость) позволяет увеличить силу. Иными словами, он показывает, во сколько раз сила, действующая на груз со стороны механизма, больше силы, приложенной к механизму человеком.

Если выигрыш в силе равен, например, 5, это означает, что для подъема груза можно приложить силу в 5 раз меньшую, чем если бы мы поднимали его без механизма (т.е. просто его вес).

Выигрыш в силе вычисляется как отношение модуля силы сопротивления $F_{сопр}$ (силы, которую мы преодолеваем, например, вес груза) к модулю приложенной силы $F_{прил}$ (силы, которую мы прикладываем к механизму).

Формула для расчета выигрыша в силе:

$k = \frac{F_{сопр}}{F_{прил}}$

где $F_{сопр}$ — это сила, действующая на груз (сила сопротивления), а $F_{прил}$ — это сила, приложенная к механизму.

Примеры для идеальных механизмов (без учета трения):

Рычаг: Выигрыш в силе равен отношению длин его плеч — плеча приложенной силы $l_1$ к плечу силы сопротивления $l_2$. Это следует из условия равновесия рычага $F_{прил} \cdot l_1 = F_{сопр} \cdot l_2$. Отсюда: $k = \frac{F_{сопр}}{F_{прил}} = \frac{l_1}{l_2}$.

Наклонная плоскость: Выигрыш в силе равен отношению ее длины $\text{L}$ к высоте $\text{h}$: $k = \frac{L}{h}$.

Подвижный блок: Дает выигрыш в силе в 2 раза.

При использовании простых механизмов действует «золотое правило механики»: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии. Это является следствием закона сохранения энергии. Работа, совершаемая приложенной силой ($A_{прил} = F_{прил} \cdot s_1$), в идеальном случае равна полезной работе по перемещению груза ($A_{полезн} = F_{сопр} \cdot s_2$). Отсюда $F_{прил} \cdot s_1 = F_{сопр} \cdot s_2$, и, следовательно, выигрыш в силе $\frac{F_{сопр}}{F_{прил}}$ равен отношению путей $\frac{s_1}{s_2}$.

В реальных механизмах из-за наличия сил трения и веса самого механизма полезная работа всегда меньше затраченной, а реальный выигрыш в силе меньше теоретически рассчитанного.

Ответ: Выигрыш в силе — это физическая величина, равная отношению силы, которую развивает механизм для преодоления сопротивления, к силе, которая прикладывается к этому механизму. Он показывает, во сколько раз механизм позволяет уменьшить прикладываемое усилие для совершения той же работы.