Работа на уроке, страница 124 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

а) Как меняется ваша мощность при переходе от шага к бегу?

При переходе от шага к бегу развиваемая человеком мощность значительно увеличивается. Мощность — это физическая величина, равная скорости совершения работы. Её можно определить по формуле $P = \frac{A}{t}$ (где $\text{A}$ — работа, $\text{t}$ — время) или, для движущегося тела, как $P = F \cdot v$ (где $\text{F}$ — сила тяги, а $\text{v}$ — скорость).

Рассмотрим оба аспекта:

1. Увеличение скорости ($\text{v}$): Бег по определению является более быстрым способом передвижения, чем ходьба. Следовательно, скорость $\text{v}$ возрастает.

2. Увеличение работы ($\text{A}$) и силы ($\text{F}$): Чтобы бежать, а не идти, нужно совершать больше работы за единицу времени. Мышцы сокращаются чаще и с большей силой. Человек сильнее отталкивается от земли, чтобы преодолеть силу тяжести (в беге есть фаза полета) и возросшую силу сопротивления воздуха. Увеличение скорости требует приложения большей силы тяги $\text{F}$.

Поскольку при беге увеличиваются и скорость ($\text{v}$), и прикладываемая сила ($\text{F}$), их произведение, то есть мощность ($P = F \cdot v$), также значительно возрастает. Другими словами, для поддержания более высокой скорости бега организму требуется производить и расходовать гораздо больше энергии в единицу времени.

Ответ: При переходе от шага к бегу мощность, развиваемая человеком, увеличивается.

б) Почему наступает момент, когда ваша скорость перестаёт увеличиваться?

Скорость перестаёт увеличиваться в тот момент, когда силы, движущие тело вперед, уравновешиваются силами, тормозящими его. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела ($\text{a}$) прямо пропорционально равнодействующей всех сил ($F_{равн}$) и обратно пропорционально его массе ($\text{m}$): $F_{равн} = m \cdot a$. Скорость увеличивается только тогда, когда есть положительное ускорение, то есть когда равнодействующая сила направлена в сторону движения и не равна нулю.

При беге на человека действуют две основные группы сил в горизонтальном направлении:

1. Сила тяги ($F_{тяги}$): Сила, которую человек развивает, отталкиваясь ногами от земли. Эта сила ограничена физиологическими возможностями человека (силой и скоростью сокращения мышц, эффективностью работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем).

2. Силы сопротивления ($F_{сопр}$): Главной из них является сила сопротивления воздуха, которая очень сильно зависит от скорости и растет примерно пропорционально её квадрату ($F_{сопр} \propto v^2$). Также существуют внутренние силы трения в организме.

Когда человек начинает бежать, его скорость невелика, сила сопротивления воздуха мала, и сила тяги значительно её превосходит ($F_{тяги} > F_{сопр}$). Это создает положительную равнодействующую силу $F_{равн} = F_{тяги} - F_{сопр} > 0$, и скорость бегуна растет.

С увеличением скорости ($\text{v}$) сила сопротивления ($F_{сопр}$) быстро возрастает. В какой-то момент она становится равной максимальной силе тяги, которую может развить бегун в данных условиях ($F_{сопр} = F_{тяги}$). В этот момент равнодействующая сила становится равной нулю ($F_{равн} = 0$). Следовательно, и ускорение становится равным нулю ($a=0$). С этого момента скорость перестает изменяться и становится постоянной (максимальной для данных условий).

Ответ: Скорость перестает увеличиваться, когда сила тяги, создаваемая мышцами бегуна, уравновешивается суммой сил сопротивления (в первую очередь, сопротивлением воздуха), в результате чего равнодействующая сила и ускорение становятся равными нулю.