Обсуди с товарищами, страница 177 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Ответь на вопросы. § 50. Механическая работа. Единицы работы. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - страница 177.

Совершает ли работу сила тяжести в следующих случаях: а) камень падает на землю; б) человек идёт по горизонтальной поверхности; в) человек на плечах держит тяжёлый груз; г) человек поднимается в лифте? Совершается ли работа в каждом из этих случаев какой-либо другой силой?

а) камень падает на землю

Механическая работа совершается, если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается. Работа вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $F$ — модуль силы, $s$ — модуль перемещения, а $\alpha$ — угол между векторами силы и перемещения. В данном случае на камень действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Перемещение камня также направлено вертикально вниз. Следовательно, угол $\alpha$ между силой и перемещением равен $0^\circ$. Так как $\cos(0^\circ) = 1$ и перемещение не равно нулю, сила тяжести совершает положительную работу.
Помимо силы тяжести, на камень действует сила сопротивления воздуха, направленная против движения (вверх). Эта сила также совершает работу, но отрицательную, так как угол между силой сопротивления и перемещением равен $180^\circ$.

Ответ: Да, сила тяжести совершает работу. Также работу совершает сила сопротивления воздуха.

б) человек идёт по горизонтальной поверхности

Сила тяжести, действующая на человека, направлена вертикально вниз. Перемещение человека происходит по горизонтали. Угол $\alpha$ между направлением силы тяжести и направлением перемещения составляет $90^\circ$. Поскольку $\cos(90^\circ) = 0$, работа силы тяжести в этом случае равна нулю.
Однако работа совершается другими силами. Например, сила трения покоя со стороны земли, которая толкает человека вперед, совершает положительную работу. Сила сопротивления воздуха, направленная в противоположную сторону движению, совершает отрицательную работу. Сила, создаваемая мышцами человека для движения, также совершает работу.

Ответ: Нет, сила тяжести не совершает работу. Работу совершают сила трения (продвигающая человека) и сила сопротивления воздуха.

в) человек на плечах держит тяжёлый груз

В этом случае, если человек и груз неподвижны, их перемещение равно нулю ($s=0$). Сила тяжести действует на груз, но так как нет перемещения, работа силы тяжести равна нулю. Сила, с которой плечи человека действуют на груз (сила упругости), также не совершает работы, поскольку перемещение отсутствует. Важно отметить, что хотя с точки зрения физики механическая работа не совершается, с физиологической точки зрения мышцы человека напряжены, тратят энергию и устают.

Ответ: Нет, сила тяжести не совершает работу. Никакая другая внешняя сила также не совершает механической работы, так как нет перемещения.

г) человек поднимается в лифте

Когда человек поднимается в лифте, его перемещение направлено вертикально вверх. Сила тяжести, действующая на человека, направлена вертикально вниз. Вектор силы тяжести и вектор перемещения направлены в противоположные стороны, поэтому угол $\alpha$ между ними равен $180^\circ$. Так как $\cos(180^\circ) = -1$, сила тяжести совершает отрицательную работу.
На человека также действует сила реакции опоры со стороны пола лифта. Эта сила направлена вверх, то есть совпадает по направлению с перемещением ($\alpha = 0^\circ$). Следовательно, сила реакции опоры совершает положительную работу.

Ответ: Да, сила тяжести совершает отрицательную работу. Также положительную работу совершает сила реакции опоры со стороны пола лифта.