Номер ?1, страница 158, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 87. Лабораторные и исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?1, страница 158.

Условие.

Забитый в доску гвоздь практически невозможно вытащить без приспособлений. Однако с помощью клещей это сделать совсем несложно. Почему?

Решение.

Вытащить гвоздь из доски голыми руками сложно, потому что сила трения, удерживающая гвоздь в древесине, очень велика. Клещи или гвоздодер позволяют легко это сделать, так как они работают по принципу простого механизма — рычага.

Когда мы используем клещи, чтобы вытащить гвоздь, мы получаем выигрыш в силе. Точка, где клещи упираются в доску, становится точкой опоры. Расстояние от этой точки опоры до наших рук, держащих рукоятки, является длинным плечом рычага ($l_1$). Расстояние от точки опоры до гвоздя является коротким плечом рычага ($l_2$).

Согласно «золотому правилу» механики для рычага, отношение сил обратно пропорционально отношению плеч:

$\frac{F_2}{F_1} = \frac{l_1}{l_2}$

Здесь $F_1$ — сила, которую мы прикладываем к рукояткам, а $F_2$ — сила, с которой клещи действуют на гвоздь. Поскольку длинное плечо $l_1$ (рукоятки) во много раз больше короткого плеча $l_2$, то и сила $F_2$, действующая на гвоздь, будет во столько же раз больше приложенной нами силы $F_1$. Эта увеличенная сила легко преодолевает силу трения, и гвоздь выходит из доски.

Ответ: Клещи действуют как рычаг, который позволяет получить значительный выигрыш в силе. Прикладывая небольшое усилие к длинным ручкам (длинное плечо рычага), мы создаем на гвозде (на коротком плече рычага) гораздо большую силу, достаточную для преодоления силы трения и извлечения гвоздя из доски.