Номер 34.28, страница 126 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 34. Энергия. Закон сохранения энергии. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 34.28, страница 126.

34.28 [830] Двигаясь по сыпучему песку или рыхлому снегу, мы затрачиваем больше энергии, чем при движении по твёрдой дороге. Объясните почему.

Решение

Затраты энергии при движении напрямую связаны с работой, которую необходимо совершить для преодоления сил сопротивления. Рассмотрим, какие силы действуют в обоих случаях.

1. Движение по твёрдой дороге. Когда мы идем по твердой, недеформируемой поверхности (например, по асфальту), наши ноги отталкиваются от неё. Опора является жесткой, поэтому она практически не прогибается под нашим весом. Это обеспечивает эффективное отталкивание: почти вся сила, приложенная ногой, через силу реакции опоры преобразуется в движение тела вперед. Основные затраты энергии идут на преодоление сопротивления воздуха, трения в суставах и на циклическое изменение потенциальной и кинетической энергии тела при ходьбе.

2. Движение по сыпучему песку или рыхлому снегу. В этом случае ситуация принципиально иная, и появляются значительные дополнительные затраты энергии по нескольким причинам:
- Работа по деформации поверхности. При каждом шаге нога проваливается в песок или снег. Для этого необходимо совершить работу по перемещению и уплотнению частиц среды. Эта работа, равная произведению силы на глубину проваливания, не способствует нашему продвижению вперед, а рассеивается в виде тепла (из-за трения между частицами) и уходит на увеличение потенциальной энергии частиц. Энергия тратится впустую.
- Снижение эффективности отталкивания. Твердая поверхность обеспечивает надежную опору. Сыпучий песок или рыхлый снег "уходят" из-под ног, когда мы пытаемся от них оттолкнуться. Часть приложенной нами силы тратится не на создание движущей нас вперед силы реакции, а на отбрасывание песка или снега назад. В результате для получения того же ускорения приходится прикладывать большее усилие.
- Дополнительное сопротивление. Проваливаясь, нога создает перед собой небольшой валик из песка или снега. При движении вперед приходится постоянно преодолевать сопротивление этого валика, проталкивая его, что требует дополнительных энергетических затрат.

Таким образом, общие энергозатраты при движении по рыхлой поверхности значительно выше, так как к работе по перемещению собственного тела добавляется большая работа по деформации опоры и преодолению её сопротивления.

Ответ: При движении по сыпучему песку или рыхлому снегу мы затрачиваем больше энергии, так как значительная её часть уходит на бесполезную с точки зрения перемещения работу: деформацию поверхности (проваливание и раздвигание песка/снега) и преодоление дополнительного сопротивления, создаваемого этой средой. Кроме того, из-за податливости опоры снижается эффективность отталкивания, что также требует больших мышечных усилий для поддержания той же скорости.