Номер 3, страница 145, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 84. «Золотое правило» механики. Вопросы и задания - номер 3, страница 145.

Условие.

3. Можно ли проверить выполнение «золотого правила» механики в невесомости? Обоснуйте ответ.

Решение.

Решение:

Да, «золотое правило» механики можно проверить в условиях невесомости. Это правило является частным случаем закона сохранения энергии, который фундаментален и выполняется независимо от наличия или отсутствия силы тяжести.

«Золотое правило» механики формулируется так: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Для идеального простого механизма (без трения) работа приложенной силы $A_1$ равна полезной работе $A_2$:

$A_1 = A_2$ или $F_1 \cdot s_1 = F_2 \cdot s_2$

где $F_1$ – приложенная сила, $s_1$ – путь, пройденный точкой приложения этой силы, $F_2$ – сила сопротивления, $s_2$ – путь, на который перемещается тело под действием механизма.

На Земле в качестве силы сопротивления $F_2$ чаще всего выступает вес тела, который необходимо преодолеть. В состоянии невесомости вес равен нулю, однако это не означает, что никакие силы сопротивления не могут быть преодолены с помощью простых механизмов. У тел по-прежнему остаются масса и инерция – свойство тел сохранять свою скорость. Для изменения скорости (т.е. для придания телу ускорения) необходимо приложить силу в соответствии со вторым законом Ньютона: $F=ma$.

Таким образом, проверить выполнение «золотого правила» можно, совершая работу против других сил, например:

1. Против силы инерции. Используя рычаг, можно приложить к массивному телу силу, достаточную для его ускорения. Приложив небольшую силу $F_1$ к длинному плечу рычага и переместив его на большое расстояние $s_1$, мы заставим короткое плечо рычага действовать на тело с большей силой $F_2$ и переместить его на меньшее расстояние $s_2$. Измерив силы и перемещения, можно проверить равенство работ $F_1 s_1 = F_2 s_2$.

2. Против силы упругости. Можно использовать полиспаст (систему блоков) для растяжения или сжатия жесткой пружины. Прикладывая к свободному концу веревки силу $F_1$ и вытягивая ее на длину $s_1$, мы заставим пружину деформироваться на меньшую величину $s_2$ под действием большей силы $F_2$. Экспериментальная проверка также покажет, что совершенная работа равна работе, затраченной на деформацию пружины.

Следовательно, поскольку «золотое правило» механики связано с совершением работы против любой силы сопротивления, а не только силы тяжести, оно остается в силе и в невесомости, и его выполнение можно проверить экспериментально.

Ответ: Да, можно. «Золотое правило» механики является следствием закона сохранения энергии и применимо для преодоления любой силы сопротивления, а не только силы тяжести. В невесомости можно проверить его выполнение, используя простые механизмы для совершения работы против сил инерции (при ускорении массивных тел) или сил упругости (при деформации пружин).