Номер 20.3, страница 70 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 20. Давление твёрдых тел. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 20.3, страница 70.

20.3 [439] Перемещая одинаковый груз (рис. III-2), мальчики в первом случае прикладывают большую силу, чем во втором. Почему? В каком случае давление груза на опору больше? Почему?

Рис. III-2

Почему мальчики в первом случае прикладывают большую силу, чем во втором?

Для перемещения груза необходимо преодолеть силу трения. Сила, которую прикладывают мальчики, равна по модулю силе трения (при условии равномерного движения).

В первом случае (рис. а) груз скользит по поверхности. Возникает сила трения скольжения. Она зависит от коэффициента трения скольжения и силы нормальной реакции опоры.

Во втором случае (рис. б) груз находится на тележке с колесами. При движении тележки возникает сила трения качения. Сила трения качения при прочих равных условиях всегда значительно меньше силы трения скольжения. Это связано с тем, что при качении деформируются лишь небольшие участки колеса и опоры, а при скольжении в процессе трения участвуют все неровности соприкасающихся поверхностей.

Поскольку сила трения качения намного меньше силы трения скольжения, для перемещения груза на тележке требуется приложить меньшую силу.

Ответ: В первом случае мальчикам приходится преодолевать значительно большую силу трения скольжения, в то время как во втором случае они преодолевают гораздо меньшую силу трения качения.

В каком случае давление груза на опору больше и почему?

Давление $p$ определяется как отношение силы $F$, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности $S$: $p = F/S$.

В обоих случаях площадь опоры, на которую непосредственно давит груз, одинакова — это площадь дна груза $S$. Сила, с которой груз давит на опору, — это его вес $P$ (не путать с силой тяжести).

На груз действуют: сила тяжести $mg$, направленная вниз, и сила реакции опоры $N$, направленная вверх. Кроме того, мальчик справа тянет груз с силой $F_T$ под некоторым углом $\alpha$ к горизонту. Эту силу можно разложить на две составляющие: горизонтальную $F_{T,x}$, которая тянет груз вперед, и вертикальную $F_{T,y}$, которая направлена вверх и как бы "приподнимает" груз.

Сила, с которой груз давит на опору, равна силе реакции опоры $N$. Из условия равновесия сил по вертикали: $N + F_{T,y} = mg$, откуда $N = mg - F_{T,y}$.

Из ответа на первый вопрос мы знаем, что суммарная сила, прикладываемая для перемещения груза в первом случае, больше, чем во втором. Следовательно, и сила натяжения веревки $F_T$ в первом случае больше, чем во втором ($F_{T,a} > F_{T,b}$).

Значит, и вертикальная, "приподнимающая" составляющая силы в первом случае больше: $F_{T,y,a} > F_{T,y,b}$.

Тогда сила давления на опору в первом случае будет меньше, чем во втором:
$N_a = mg - F_{T,y,a}$
$N_b = mg - F_{T,y,b}$
Поскольку $F_{T,y,a} > F_{T,y,b}$, то $N_a < N_b$.

Так как площади опоры $S$ одинаковы, а сила давления $N_b$ больше, чем $N_a$, то и давление во втором случае будет больше.

Ответ: Давление груза на опору больше во втором случае (б). Это происходит потому, что прикладываемая для перемещения сила меньше, и ее вертикальная составляющая, уменьшающая давление на опору, также меньше. В результате груз давит на тележку с большей силой, чем на землю в первом случае.