Анализируйте, страница 167 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Анализируйте

1. На рисунке 32.5, а на движущейся ленте транспортера поднимается неподвижно лежащий брусок. Совершается ли при этом работа? Если да, то какой силой?

2. На рисунке 32.5, б по неподвижной ленте транспортера поднимают брусок, действуя на него силой $\text{F}$. Совершается ли при этом работа силой $\text{F}$? Какие еще силы совершают работу?

3. Посмотрите видео через QR-код. Определите работу, совершенную силой тяги, и сравните ее с силой тяжести.

Рис. 32.5

1. Да, работа совершается, так как тело (брусок) перемещается под действием силы. На брусок, неподвижно лежащий на движущейся ленте, действуют три силы: сила тяжести, сила нормальной реакции опоры и сила трения покоя. Сила тяжести направлена вертикально вниз, и при подъеме бруска вверх она совершает отрицательную работу. Сила нормальной реакции опоры перпендикулярна перемещению, поэтому ее работа равна нулю. Движение бруска вверх по наклонной плоскости происходит благодаря силе трения покоя, которая действует на брусок со стороны ленты и направлена вдоль ленты вверх. Поскольку направление этой силы совпадает с направлением перемещения, именно сила трения покоя совершает положительную работу.

Ответ: Да, работа совершается. Положительную работу совершает сила трения покоя.

2. Да, сила $F$ совершает работу, поскольку она приложена к бруску и вызывает его перемещение вверх по неподвижной ленте. Работа силы $F$ положительна, так как направление силы совпадает с направлением перемещения. Кроме силы $F$, работу совершают также сила тяжести и сила трения скольжения. Сила тяжести направлена вниз, а брусок движется вверх, поэтому работа силы тяжести отрицательна. Сила трения скольжения направлена против движения (вниз по ленте), поэтому ее работа также отрицательна. Сила нормальной реакции опоры работу не совершает, так как она перпендикулярна перемещению.

Ответ: Да, работа силой $F$ совершается. Также работу совершают сила тяжести и сила трения скольжения.

3. Поскольку видео по QR-коду недоступно, проведем общий теоретический анализ. Работа, совершенная силой тяги ($A_{тяги}$), при перемещении тела на расстояние $s$ определяется формулой: $A_{тяги} = F_{тяги} \cdot s$ Работа, совершенная силой тяжести ($A_{тяж}$), при подъеме тела на высоту $h$ будет отрицательной: $A_{тяж} = -mgh$ где $m$ — масса тела, $g$ — ускорение свободного падения. Вопрос предлагает сравнить работу, совершенную силой тяги, с силой тяжести. Такое сравнение некорректно, так как работа измеряется в джоулях, а сила — в ньютонах. Более осмысленным является сравнение работы силы тяги с работой, совершаемой против силы тяжести, модуль которой равен $|A_{тяж}| = mgh$. Согласно теореме о кинетической энергии, полная работа всех сил равна изменению кинетической энергии тела: $A_{полная} = A_{тяги} + A_{тяж} + A_{тр} = \Delta E_к$ где $A_{тр}$ — работа силы трения (она отрицательна), $\Delta E_к$ — изменение кинетической энергии. Отсюда работу силы тяги можно выразить как: $A_{тяги} = -A_{тяж} - A_{тр} + \Delta E_к = mgh - A_{тр} + \Delta E_к$ Поскольку работа силы трения $A_{тр}$ отрицательна, то величина $-A_{тр}$ (работа против силы трения) будет положительной. Таким образом, $A_{тяги} = mgh + |A_{тр}| + \Delta E_к$. Это означает, что работа, совершенная силой тяги, как правило, больше, чем работа, совершенная против силы тяжести ($mgh$), так как часть работы идет на преодоление трения и/или на увеличение скорости тела (увеличение кинетической энергии). Работа силы тяги будет равна работе против силы тяжести только в идеальном случае, когда тело движется равномерно ($\Delta E_к=0$) и без трения ($A_{тр}=0$).

Ответ: Работа, совершенная силой тяги, всегда больше или равна работе, совершаемой против силы тяжести ($mgh$). Равенство достигается только при отсутствии трения и при движении с постоянной скоростью.