Номер 1, страница 21, часть 2 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 4. Механическая работа. Энергия. Закон сохранения механической энергии. Параграф 40. Механическая работа - номер 1, страница 21.

Условие.

1. По гладкому горизонтальному полу в положительном направлении горизонтальной оси X инерциальной системы отсчёта мальчик передвигает ящик, действуя на него постоянной силой $\vec{F}$. Изобразите эту ситуацию на рисунке и ответьте на вопросы.

а) Разгоняется ли при этом ящик?

б) Совпадают ли направления перемещения ящика и силы $\vec{F}$?

в) Положительную или отрицательную работу совершает сила $\vec{F}$?

г) Чему равна эта работа при перемещении ящика на 2 м, если модуль прикладываемой мальчиком силы равен 100 Н?

д*) Действует ли ящик на мальчика (да, нет)? __________. Если действует, то положительную или отрицательную работу совершает сила, действующая на мальчика со стороны ящика?

е*) Чему равна работа силы, действующей на мальчика со стороны ящика при перемещении ящика на 2 м, если модуль прикладываемой мальчиком силы равен 100 Н?

Решение.

а) Да, ящик разгоняется. Согласно второму закону Ньютона ($ \vec{F}_{\text{net}} = m\vec{a} $), если на тело действует ненулевая результирующая сила, тело движется с ускорением. Так как пол гладкий (трение отсутствует), постоянная сила $\vec{F}$, приложенная мальчиком, является результирующей силой. Следовательно, ящик движется с постоянным ускорением, то есть разгоняется.

Ответ: да.

б) Да, совпадают. По условию, мальчик передвигает ящик в положительном направлении оси X. Сила $\vec{F}$, которую он прикладывает, является причиной этого движения и направлена в ту же сторону, что и перемещение.

Ответ: да.

в) Сила $\vec{F}$ совершает положительную работу. Работа силы определяется формулой $A = Fs \cos\alpha$, где $\alpha$ — угол между вектором силы и вектором перемещения. Так как направления силы и перемещения совпадают, угол $\alpha = 0^\circ$, а $\cos(0^\circ) = 1$. Поскольку модуль силы $\text{F}$ и модуль перемещения $\text{s}$ положительны, работа $\text{A}$ также будет положительной.

Ответ: положительную.

г)

Дано

Перемещение, $s = 2$ м

Сила, $F = 100$ Н

Найти:

Работа, $\text{A}$ - ?

Решение

Работа силы вычисляется по формуле $A = Fs \cos\alpha$. Поскольку сила и перемещение сонаправлены, угол $\alpha$ между ними равен $0^\circ$. Косинус этого угла равен 1. Таким образом, формула для работы упрощается до $A = Fs$.

Подставим числовые значения:

$A = 100 \text{ Н} \cdot 2 \text{ м} = 200 \text{ Дж}$

Ответ: 200 Дж.

д*) Да, ящик действует на мальчика. Согласно третьему закону Ньютона, сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Сила, действующая на мальчика со стороны ящика, совершает отрицательную работу. Эта сила направлена противоположно перемещению мальчика (угол между силой и перемещением равен $180^\circ$). Так как $\cos(180^\circ) = -1$, работа будет отрицательной.

Ответ: да, отрицательную.

е*)

Дано

Перемещение, $s = 2$ м

Модуль силы, прикладываемой мальчиком, $F = 100$ Н

Найти:

Работа силы, действующей на мальчика, $A'$ - ?

Решение

Согласно третьему закону Ньютона, сила $F'$, действующая на мальчика со стороны ящика, равна по модулю силе $\text{F}$, которую мальчик прикладывает к ящику: $F' = F = 100$ Н.

Эта сила направлена в сторону, противоположную перемещению мальчика. Таким образом, угол $\alpha$ между вектором силы $F'$ и вектором перемещения $\text{s}$ равен $180^\circ$.

Работа $A'$ вычисляется по формуле $A' = F's \cos\alpha$.

Подставим значения:

$A' = 100 \text{ Н} \cdot 2 \text{ м} \cdot \cos(180^\circ) = 200 \cdot (-1) = -200 \text{ Дж}$

Ответ: -200 Дж.