Номер 2, страница 109 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

2. Какие преобразования силы происходят при использовании простых механизмов?

Простые механизмы — это устройства, предназначенные для преобразования силы. Их основная задача — изменить величину прикладываемой силы, ее направление или и то, и другое, чтобы облегчить выполнение работы. Все преобразования подчиняются «золотому правилу механики»: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии. В идеальном механизме (без трения) совершенная работа остается неизменной: $A_{прил} = A_{сопр}$ или $F_{прил} \cdot s_{прил} = F_{сопр} \cdot s_{сопр}$, где $F$ — сила, а $s$ — расстояние, на котором она действует.

Основные типы преобразований силы при использовании простых механизмов:

1. Выигрыш в силе

Это наиболее распространенная цель использования простых механизмов. Прикладывая меньшую силу ($F_{прил}$) на большем расстоянии ($s_{прил}$), механизм позволяет преодолеть большую силу сопротивления ($F_{сопр}$) на меньшем расстоянии ($s_{сопр}$).

Примеры:

• Рычаг: Прикладывая силу к длинному плечу рычага, можно поднять тяжелый груз, находящийся на коротком плече. Выигрыш в силе определяется отношением длин плеч: $\frac{F_{сопр}}{F_{прил}} = \frac{l_1}{l_2}$, где $l_1$ — длинное плечо, а $l_2$ — короткое.
• Наклонная плоскость: Чтобы поднять груз на высоту $h$, его можно вкатывать или втаскивать по наклонной плоскости длиной $L$. При этом прикладываемая сила будет меньше веса груза. Выигрыш в силе (в идеальном случае) равен $\frac{L}{h}$.
• Подвижный блок (или система блоков — полиспаст): Каждый подвижный блок в системе удваивает выигрыш в силе (пренебрегая весом блока и трением).

2. Проигрыш в силе (выигрыш в расстоянии или скорости)

Иногда задача состоит не в том, чтобы уменьшить прикладываемую силу, а в том, чтобы увеличить расстояние или скорость перемещения груза. В этом случае механизм дает проигрыш в силе, но выигрыш в расстоянии. Для этого прикладывают большую силу на коротком плече, чтобы переместить груз на длинном плече на большее расстояние.

Примеры:

• Рычаг (обратное использование): Длинный конец удочки перемещается на большое расстояние с высокой скоростью при небольшом движении руки у комля. Рука прикладывает большую силу, чем сила сопротивления воды на другом конце лески. Аналогично работают пинцеты или ножницы при резке бумаги (рукоятки проходят меньший путь, чем лезвия).
• Весло лодки: Руки гребца проходят малое расстояние, а лопасть весла в воде — значительно большее, что позволяет развить большую скорость.

3. Изменение направления силы

Некоторые простые механизмы не дают выигрыша ни в силе, ни в расстоянии, но изменяют направление действия силы, что делает работу более удобной.

Примеры:

• Неподвижный блок: Чтобы поднять груз, можно тянуть веревку не вверх, а вниз. Это удобнее, так как можно использовать вес собственного тела. Величина прикладываемой силы (в идеале) равна силе тяжести груза.
• Ворот: Вращая рукоятку по горизонтали, можно поднимать ведро из колодца по вертикали.

В реальных механизмах всегда присутствует сила трения, из-за которой полезная работа ($A_{полезн}$) всегда меньше полной (затраченной) работы ($A_{полн}$). Отношение этих работ называется коэффициентом полезного действия (КПД): $\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{полн}} < 1$. Из-за этого реальный выигрыш в силе всегда меньше теоретического.

Ответ: При использовании простых механизмов происходят следующие преобразования силы: 1) получение выигрыша в силе за счет проигрыша в расстоянии (например, с помощью рычага или наклонной плоскости); 2) получение выигрыша в расстоянии или скорости за счет проигрыша в силе (например, с помощью удочки); 3) изменение направления приложения силы для удобства выполнения работы (например, с помощью неподвижного блока). Все эти преобразования подчиняются «золотому правилу механики».