Номер 1, страница 34 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Работа и мощность. Энергия. ТЗ-20. Простые механизмы. КПД механизма - номер 1, страница 34.

Условие.

1. а) Почему ручку располагают у края двери?

б) Для чего у подъёмного крана делают противовес?

Решение.

а) Почему ручку располагают у края двери?

Решение

Дверь можно рассматривать как рычаг, ось вращения которого проходит через дверные петли. Чтобы открыть или закрыть дверь, то есть повернуть ее относительно оси, необходимо приложить силу, создающую вращающий момент (момент силы). Момент силы $\text{M}$ определяется по формуле:

$M = F \cdot l$

где $\text{F}$ — приложенная сила, а $\text{l}$ — плечо силы, то есть кратчайшее расстояние от оси вращения (петель) до линии действия силы.

Из этой формулы видно, что для создания одного и того же вращающего момента $\text{M}$, необходимого для поворота двери, чем больше плечо силы $\text{l}$, тем меньшую силу $\text{F}$ нужно приложить ($F = M/l$). Располагая ручку у края двери, максимально далеко от петель, мы делаем плечо силы $\text{l}$ наибольшим из возможных. Это позволяет открывать и закрывать дверь с минимальным усилием.

Ответ: Ручку располагают у края двери, чтобы увеличить плечо прикладываемой силы. Это позволяет уменьшить величину силы, необходимой для создания достаточного вращающего момента для открытия или закрытия двери.

б) Для чего у подъёмного крана делают противовес?

Решение

Подъёмный кран работает по принципу рычага, где его башня является точкой опоры. С одной стороны от опоры на длинной стреле располагается поднимаемый груз, а с другой стороны — противовес.

Поднимаемый груз своим весом $P_{груза}$ создаёт вращающий момент $M_{груза}$, который стремится опрокинуть кран. Этот момент рассчитывается как:

$M_{груза} = P_{груза} \cdot l_{груза}$

где $l_{груза}$ — это длина стрелы от башни до груза (плечо силы).

Для предотвращения опрокидывания крана, на противоположном, более коротком конце, размещают массивный противовес. Он создаёт в противоположном направлении свой вращающий момент $M_{противовеса}$:

$M_{противовеса} = P_{противовеса} \cdot l_{противовеса}$

где $P_{противовеса}$ — вес противовеса, а $l_{противовеса}$ — его плечо.

Условием устойчивости крана является равенство или превышение момента противовеса над моментом груза: $M_{противовеса} \ge M_{груза}$. Таким образом, противовес создаёт уравновешивающий момент, который обеспечивает устойчивость крана при подъёме тяжелых грузов.

Ответ: Противовес у подъёмного крана нужен для создания уравновешивающего (стабилизирующего) момента силы, который компенсирует момент, создаваемый поднимаемым грузом, и тем самым обеспечивает устойчивость крана, предотвращая его опрокидывание.