Номер 3, страница 125 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Задача 1.

а) В случае с тачкой (рисунок а) рычагом является сама тачка. Точка опоры находится в оси колеса. На рычаг действуют две основные силы: сила тяжести груза, приложенная в его центре тяжести, и сила, которую человек прикладывает к ручкам, чтобы поднять тачку. Плечо силы тяжести — это расстояние от оси колеса до центра тяжести груза. Плечо силы человека — это расстояние от оси колеса до ручек тачки.

Ответ: Точка опоры — ось колеса. Плечи рычага — это расстояние от оси колеса до центра тяжести груза и расстояние от оси колеса до рук человека, держащего тачку.

б) Рука человека, удерживающая груз (рисунок б), действует как рычаг. Точка опоры этого рычага находится в локтевом суставе. Сила тяжести груза приложена к кисти. Мышечная сила (сила бицепса) приложена к кости предплечья недалеко от локтя. Плечо силы тяжести — это расстояние от локтевого сустава до кисти с грузом. Плечо мышечной силы — это расстояние от локтевого сустава до точки крепления мышцы к кости.

Ответ: Точка опоры — локтевой сустав. Плечи рычага — это расстояние от локтевого сустава до кисти с грузом и расстояние от локтевого сустава до точки крепления сокращающейся мышцы.

в) Педаль (рисунок в) представляет собой рычаг. Точка опоры находится в верхнем шарнире, вокруг которого педаль вращается. Усилие прикладывается ногой к площадке педали. Сила сопротивления возникает в месте соединения рычага с передающим механизмом. Плечо силы, прикладываемой ногой, — это перпендикулярное расстояние от оси вращения (шарнира) до линии действия этой силы. Плечо силы сопротивления — это перпендикулярное расстояние от оси вращения до точки, где рычаг передает усилие.

Ответ: Точка опоры — верхний шарнир (ось вращения). Плечи рычага — это перпендикулярные расстояния от оси вращения до линии действия силы ноги и до точки передачи усилия на механизм.

Задача 2.

Палка с грузом, лежащая на плече человека, является рычагом. Точкой опоры этого рычага служит плечо человека. Момент силы $\text{M}$ вычисляется по формуле $M = F \cdot d$, где $\text{F}$ — приложенная сила, а $\text{d}$ — её плечо (кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы).

В обоих случаях сила тяжести груза $F_g$ одинакова. Однако плечи этой силы различны. В случае а) груз находится близко к плечу, поэтому плечо силы $d_a$ мало. В случае б) груз висит на конце палки, поэтому плечо силы $d_b$ велико ($d_b > d_a$).

Момент силы тяжести груза в случае а) равен $M_a = F_g \cdot d_a$, а в случае б) — $M_b = F_g \cdot d_b$. Поскольку $d_b > d_a$, момент силы тяжести больше в случае б).

Для удержания палки в равновесии человек прикладывает рукой силу $F_h$ на расстоянии $d_h$ от плеча. По правилу равновесия рычага, момент силы руки должен быть равен моменту силы тяжести груза: $F_h \cdot d_h = F_g \cdot d_g$. Отсюда сила, которую нужно приложить рукой, $F_h = F_g \frac{d_g}{d_h}$.

Так как в случае а) плечо $d_g$ мало, то и сила $F_h$, необходимая для удержания груза, будет меньше. Общая нагрузка на человека складывается из силы тяжести груза и силы, прикладываемой рукой, и воспринимается плечом. Так как в случае а) сила руки меньше, то и общая нагрузка на человека меньше. Следовательно, нести груз легче в случае а).

Ответ: Момент силы тяжести груза больше в случае б), так как больше плечо этой силы. Груз легче нести в случае а), потому что чем меньше плечо силы тяжести, тем меньший момент она создает и тем меньшее усилие требуется приложить рукой для равновесия, что уменьшает общую нагрузку на человека.