Номер 5, страница 87 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 4. Работа и мощность. Энергия. Самостоятельные работы. СР-46. Применение правила равновесия рычага к блоку. Равенство работ при использовании простых механизмов. «Золотое правило» механики. Вариант № 1 - номер 5, страница 87.

Решение.

5. Решение

Согласно «золотому правилу механики», ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе. Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии. Подвижный блок является простым механизмом и полностью подчиняется этому правилу.

Рассмотрим работу идеального подвижного блока (вес блока и трение отсутствуют). Такой блок даёт двукратный выигрыш в силе. Это означает, что для подъёма груза весом $\text{P}$ необходимо приложить силу $\text{F}$, которая в два раза меньше: $F = \frac{P}{2}$.

Однако, чтобы поднять этот груз на высоту $\text{h}$, необходимо вытянуть верёвку на расстояние $\text{s}$, которое в два раза больше, чем высота подъёма: $s = 2h$.

Работа определяется как произведение силы на перемещение. Полезная работа ($A_{полезн}$), совершаемая для подъёма груза, вычисляется по формуле: $A_{полезн} = P \cdot h$.

Затраченная работа ($A_{затр}$), которую совершает приложенная сила $\text{F}$ на расстоянии $\text{s}$, равна: $A_{затр} = F \cdot s$. Если подставить в эту формулу выражения для силы и расстояния, получим: $A_{затр} = \frac{P}{2} \cdot (2h) = P \cdot h$.

Сравнивая полезную и затраченную работу, мы видим, что в идеальном случае они равны: $A_{полезн} = A_{затр}$. Следовательно, выигрыша в работе не происходит.

В реальных условиях необходимо дополнительно совершать работу по преодолению силы трения в оси блока и по подъёму самого блока и верёвки, которые имеют вес. Поэтому затраченная работа всегда оказывается больше полезной ($A_{затр} > A_{полезн}$). Таким образом, при использовании подвижного блока, как и любого другого реального механизма, всегда происходит проигрыш в работе.

Ответ: Используя подвижный блок, выигрыша в работе получить нельзя. Согласно «золотому правилу механики», выигрывая в силе в два раза, мы в два раза проигрываем в расстоянии, поэтому в идеальном случае совершённая работа равна полезной работе. В реальных условиях из-за наличия трения и веса блока совершённая работа всегда больше полезной, то есть происходит проигрыш в работе.