Номер 5, страница 119 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Работа, мощность, энергия. Параграф 32. Рычаг. Вопросы - номер 5, страница 119.

Условие.

Решение.

Решение

Груз нести легче в случае, показанном на рисунке а.

Палка, на которой висит груз, представляет собой рычаг. Точкой опоры (осью вращения) для этого рычага является плечо человека. На рычаг действуют две силы, создающие вращающий момент: сила тяжести груза $\text{P}$ и сила $F_{руки}$, которую человек прикладывает к палке рукой. Для удержания рычага в равновесии, моменты этих сил относительно точки опоры должны быть равны.

Момент силы определяется как произведение модуля силы на её плечо (кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы). Обозначим расстояние от плеча до груза как $l_1$, а расстояние от плеча до руки как $l_2$. Тогда правило моментов для равновесия рычага записывается так:

$M_1 = M_2$

$P \cdot l_1 = F_{руки} \cdot l_2$

Из этого соотношения можно найти силу, которую необходимо прикладывать рукой:

$F_{руки} = P \cdot \frac{l_1}{l_2}$

Общая сила $F_{общ}$, с которой палка давит на плечо, равна сумме веса груза и силы, прикладываемой рукой (согласно условию равновесия сил, сила реакции опоры со стороны плеча уравновешивает эти две силы):

$F_{общ} = P + F_{руки}$

Подставим выражение для $F_{руки}$ в эту формулу:

$F_{общ} = P + P \cdot \frac{l_1}{l_2} = P \cdot (1 + \frac{l_1}{l_2})$

Из полученной формулы видно, что общая нагрузка на плечо $F_{общ}$ будет тем меньше, чем меньше плечо $l_1$ (расстояние от груза до плеча), при условии, что вес груза $\text{P}$ и положение руки ($l_2$) не изменяются.

Сравнивая рисунки, видим, что в случае а расстояние $l_1$ мало, а в случае б оно велико. Следовательно, общая нагрузка на плечо в случае а будет значительно меньше, чем в случае б. Поэтому нести груз легче в первом случае.

Ответ: Груз нести легче в случае а. Это объясняется принципом рычага. Чем ближе груз к плечу (точке опоры), тем меньше плечо силы тяжести и, соответственно, создаваемый ею момент силы. Для уравновешивания этого момента требуется меньшая сила со стороны руки, что приводит к уменьшению общей силы давления на плечо.