Номер 6, страница 35 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Работа и мощность. Энергия. ТЗ-20. Простые механизмы. КПД механизма - номер 6, страница 35.

Условие.

6. а) Почему ножницы для резания листового металла имеют более длинные рукоятки, чем ножницы, предназначенные для резания бумаги?

б) Почему получается большой выигрыш в силе при пользовании рычагами (рис. 47)?

Рис. 47

в) Объясните, для чего нужен неподвижный блок, ведь выигрыша в силе он не даёт. Где его удобно использовать?

Решение.

а) Ножницы представляют собой рычаг, у которого ось вращения проходит через винт, соединяющий лезвия. Сила, которую мы прикладываем к рукояткам, — это действующая сила $F_1$, а сила сопротивления материала (металла или бумаги) — это сила $F_2$. Согласно правилу равновесия рычага, моменты этих сил должны быть равны: $M_1 = M_2$, или $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$, где $d_1$ — плечо действующей силы (длина рукоятки), а $d_2$ — плечо силы сопротивления (расстояние от винта до разрезаемого материала). Выигрыш в силе определяется отношением $F_2 / F_1 = d_1 / d_2$.

Для резания листового металла требуется значительно большая сила сопротивления $F_2$, чем для резания бумаги. Чтобы преодолеть эту силу, прикладывая небольшое усилие $F_1$, необходимо обеспечить большой выигрыш в силе. Это достигается за счет увеличения отношения плеч $d_1 / d_2$, то есть за счет удлинения рукояток ($d_1$) и укорачивания режущей части лезвий ($d_2$).

Ответ: Ножницы для резания листового металла имеют более длинные рукоятки для того, чтобы увеличить плечо прикладываемой силы и получить больший выигрыш в силе, необходимый для преодоления высокого сопротивления металла.

б) Большой выигрыш в силе при использовании рычагов получается благодаря соотношению плеч сил. Рычаг находится в равновесии, когда момент силы, вращающей его в одном направлении, равен моменту силы, вращающей его в противоположном направлении. Это выражается формулой $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$, где $F_1$ — приложенная сила, $d_1$ — ее плечо (плечо силы), $F_2$ — сила сопротивления, а $d_2$ — ее плечо (плечо нагрузки).

Из этой формулы следует, что выигрыш в силе равен $F_2 / F_1 = d_1 / d_2$. Таким образом, чтобы получить большой выигрыш в силе, необходимо, чтобы плечо приложенной силы $d_1$ было значительно больше плеча силы сопротивления $d_2$. Инструменты, показанные на рисунках а) и б) (ключ для открывания банки и гвоздодер), сконструированы именно по этому принципу: у них очень длинная рукоятка (большое плечо $d_1$) и короткая рабочая часть (малое плечо $d_2$).

Ответ: Большой выигрыш в силе при пользовании рычагами получается, когда плечо силы, которую прикладывает человек, во много раз больше плеча силы, с которой рычаг действует на предмет. Это позволяет малой приложенной силой создавать большую действующую силу.

в) Неподвижный блок представляет собой колесо с желобом, ось которого закреплена. Он не дает выигрыша в силе, так как плечи приложенной силы и силы тяжести груза равны радиусу блока. Таким образом, для подъема груза нужно приложить силу, равную весу этого груза ($F=P$).

Основное предназначение неподвижного блока — изменять направление действия силы. Это очень удобно на практике. Например, поднимать груз, таща веревку вверх, неудобно и трудно. Используя неподвижный блок, можно тянуть веревку вниз, используя вес собственного тела, что значительно легче и безопаснее.

Неподвижные блоки широко используются: на стройках для подъема стройматериалов, при подъеме флагов на флагштоках, для подъема ведер с водой из колодцев, в парусном флоте для управления парусами, а также в различных тренажерах в спортзалах.

Ответ: Неподвижный блок нужен для изменения направления прикладываемой силы, что делает работу более удобной и безопасной, хотя он и не дает выигрыша в силе. Его удобно использовать на стройках, флагштоках, в колодцах и так далее.