Номер 5, страница 35 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Работа и мощность. Энергия. ТЗ-20. Простые механизмы. КПД механизма - номер 5, страница 35.

Условие.

5. а) Какие части велосипеда являются рычагами? Укажите точки опоры, точки приложения сил и плечи этих рычагов.

б) Какой из рычагов (рис. 46) будет находиться в равновесии?

Рис. 46

Решение.

а) В велосипеде в качестве рычагов выступают несколько деталей. Основные из них:

1. Руль. Точкой опоры для руля является рулевая колонка (ось, вокруг которой поворачивается вилка переднего колеса). Точки приложения сил — это места, где руки велосипедиста держат руль (рукоятки). Плечи рычагов — это расстояния от рулевой колонки до рукояток.

2. Тормозные ручки. Точкой опоры является ось вращения ручки. Сила прикладывается пальцами велосипедиста к свободному концу ручки. Плечо силы — это расстояние от оси вращения до точки приложения силы пальцами.

3. Педали и шатуны. Точкой опоры является ось каретки, вокруг которой вращаются шатуны с педалями. Сила прикладывается ногой к педали. Плечо рычага в данном случае — это длина шатуна (расстояние от оси каретки до оси педали).

Ответ: Частями велосипеда, являющимися рычагами, являются руль, тормозные ручки, а также система педалей и шатунов.

б) Рычаг находится в равновесии, если моменты сил, вращающие его в противоположных направлениях, равны. Момент силы $\text{M}$ равен произведению модуля силы $\text{F}$ на её плечо $\text{l}$: $M = F \cdot l$. Условие равновесия рычага: $M_1 = M_2$, что эквивалентно $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$.

На рисунке а) не заданы значения сил, поэтому невозможно точно определить, находится ли рычаг в равновесии.

Проверим условие равновесия для рычага на рисунке б).

Дано:

Сила, действующая на левое плечо рычага: $F_1 = 300$ Н
Сила, действующая на правое плечо рычага: $F_2 = 600$ Н
Из рисунка определим плечи сил в условных единицах (по количеству делений на качелях от точки опоры):
Плечо левой силы: $l_1 = 4$ дел.
Плечо правой силы: $l_2 = 2$ дел.

Найти:

Какой из рычагов находится в равновесии.

Решение:

Вычислим момент силы $M_1$, вращающий рычаг против часовой стрелки:

$M_1 = F_1 \cdot l_1 = 300 \, \text{Н} \cdot 4 \, \text{дел.} = 1200 \, \text{Н} \cdot \text{дел.}$

Вычислим момент силы $M_2$, вращающий рычаг по часовой стрелке:

$M_2 = F_2 \cdot l_2 = 600 \, \text{Н} \cdot 2 \, \text{дел.} = 1200 \, \text{Н} \cdot \text{дел.}$

Так как $M_1 = M_2$ ($1200 = 1200$), моменты сил, действующих на рычаг, равны. Следовательно, рычаг находится в равновесии.

Ответ: В равновесии будет находиться рычаг, изображенный на рисунке б).