Номер 34.6, страница 125 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 34. Энергия. Закон сохранения энергии. Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия - номер 34.6, страница 125.

34.6 [808] Почему в походе опытный турист предпочитает перешагнуть через упавшее дерево, вместо того чтобы сначала наступить на него, а затем спрыгнуть?

Решение

Опытный турист предпочитает перешагнуть через упавшее дерево, а не наступать на него с последующим спрыгиванием, по двум основным физическим причинам: для экономии сил (энергии) и для обеспечения безопасности.

1. Экономия энергии. С точки зрения механики, чтобы залезть на дерево высотой $h$, туристу массой $m$ (включая массу рюкзака) необходимо совершить работу против силы тяжести, которая идет на увеличение его потенциальной энергии: $A_1 = mgh$, где $g$ – ускорение свободного падения. Это требует значительных затрат энергии. При перешагивании же турист поднимает свой общий центр масс на гораздо меньшую высоту, чем $h$. Основную работу совершают мышцы ног, поднимая их поочередно, а тело лишь незначительно приподнимается. Таким образом, работа, совершаемая при перешагивании, $A_2$, оказывается существенно меньше, чем работа при подъеме на дерево ($A_2 \ll mgh$). Это позволяет сохранить силы, что критически важно в походе.

2. Безопасность. Этот фактор является еще более важным. Во-первых, упавший ствол дерева может быть неустойчивым, трухлявым или скользким (из-за дождя, мха), и попытка наступить на него может закончиться падением и травмой. Во-вторых, при спрыгивании с высоты $h$ вся накопленная потенциальная энергия ($E_p = mgh$) переходит в кинетическую. В момент приземления эту энергию необходимо погасить за очень короткий промежуток времени. Это создает большую ударную нагрузку на суставы (особенно голеностопные и коленные) и позвоночник. Сила удара может многократно превышать вес туриста, что чревато растяжениями, вывихами или даже переломами. Наличие тяжелого рюкзака усугубляет ситуацию, так как увеличивает массу $m$ и, следовательно, энергию удара. Перешагивание — это плавное, контролируемое движение, при котором ударные нагрузки минимальны, а опора всегда остается надежной.

Ответ: Опытный турист перешагивает через упавшее дерево, чтобы сэкономить силы (совершить меньшую работу) и избежать травм. Подъем на дерево и последующее спрыгивание — это более энергозатратный процесс, который к тому же создает опасную ударную нагрузку на суставы и позвоночник, особенно с тяжелым рюкзаком. Кроме того, ствол дерева может быть ненадежной опорой.