Номер 651, страница 89 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Работа и мощность. Энергия. Простые механизмы. Коэффициент полезного действия механизма - номер 651, страница 89.

Условие.

651. Почему мальчику, изображённому на рисунке 110, а, удалось сломать палку, а мальчику, изображённому на рисунке 110, б, не удалось?

Рис. 110

Решение.

В обоих случаях палка, которую пытается сломать мальчик, представляет собой рычаг, а его колено является точкой опоры. Чтобы сломать палку, нужно создать определённый изгибающий момент силы. Величина момента силы $\text{M}$ равна произведению модуля силы $\text{F}$, действующей на рычаг, на плечо этой силы $\text{l}$ (кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы):

$M = F \cdot l$

Из этой формулы следует, что для создания одного и того же момента силы, чем больше плечо $\text{l}$, тем меньшую силу $\text{F}$ нужно приложить.

а) На рисунке 110, а, мальчик держит палку за концы. Расстояние от его рук (точек приложения силы) до колена (точки опоры) велико. Это означает, что плечо силы $\text{l}$ максимально. Благодаря большому плечу, мальчику достаточно приложить сравнительно небольшую силу, чтобы создать момент, достаточный для излома палки.

б) На рисунке 110, б, мальчик держит палку очень близко к колену. В этом случае плечо силы $\text{l}$ очень мало. Чтобы создать тот же самый изгибающий момент, что и в первом случае, ему необходимо приложить значительно бо́льшую силу. Силы мышц мальчика оказывается недостаточно, поэтому сломать палку ему не удается.

Ответ: Мальчику на рисунке а удалось сломать палку, так как, держа её за концы, он максимально увеличил плечо рычага и, согласно правилу моментов, создал необходимый для излома момент силы при помощи доступного ему мышечного усилия. На рисунке б плечо силы мало, и для создания такого же момента требуется сила, превышающая физические возможности мальчика.