Номер 31.7, страница 116 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 31. Блоки. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 31.7, страница 116.

31.7 [763] Как легче подниматься вверх: взбираться по верёвке или поднимать себя при помощи блока (рис. IV-31)?

Рис. IV-31

Для того чтобы определить, какой из способов легче, необходимо проанализировать силы, которые требуется приложить в каждом из случаев.

Взбираться по верёвке

В этом случае (девочка на рисунке справа) человек поднимает себя, перехватывая верёвку руками и ногами. Чтобы совершать подъём с постоянной скоростью (или просто удерживаться на месте, не соскальзывая), необходимо приложить к верёвке силу, равную по модулю и противоположную по направлению силе тяжести, действующей на тело. Если масса человека равна $m$, то его вес равен $P = mg$. Следовательно, сила, которую нужно приложить для подъёма, равна:

$F_1 = mg$

Эта сила направлена вверх (относительно земли), и человек должен создавать её исключительно за счёт мышечных усилий, подтягивая своё тело.

Поднимать себя при помощи блока

В этом случае (девочка на рисунке слева) используется неподвижный блок. Такой блок не даёт выигрыша в силе, он лишь изменяет направление её приложения. Чтобы поднять себя, человек должен тянуть за свободный конец верёвки. Для равномерного подъёма сила натяжения верёвки $T$ должна уравновешивать силу тяжести $mg$. Сила $F_2$, которую человек прикладывает к верёвке, равна этой силе натяжения (пренебрегая трением в блоке и весом верёвки). Таким образом, прикладываемая сила также равна весу человека:

$F_2 = T = mg$

С точки зрения физики, величины сил, которые нужно приложить в обоих случаях, одинаковы. Однако, во втором случае сила прикладывается в направлении вниз. Это биомеханически значительно легче, так как человек может использовать собственный вес для создания тянущего усилия. По сути, можно просто повиснуть на верёвке, и вес тела уже создаст необходимое натяжение. Подъём осуществляется за счёт протягивания верёвки через руки, что требует меньших усилий, чем подтягивание всего тела вверх.

Ответ: Легче подниматься при помощи блока. Несмотря на то, что с точки зрения физики в обоих случаях требуется приложить одинаковую по модулю силу, равную весу тела ($F = mg$), использование блока позволяет изменить направление приложения силы. Тянуть верёвку вниз биомеханически легче, чем тянуть своё тело вверх, так как в первом случае можно использовать вес собственного тела для создания необходимого усилия.