Эксперимент в классе, страница 66 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Поднимите гирю массой 100 г, затем 2 кг, 16 кг. Какую гирю сложнее оторвать от поверхности стола или пола?

Дано:

Масса первой гири, $m_1 = 100 \text{ г}$

Масса второй гири, $m_2 = 2 \text{ кг}$

Масса третьей гири, $m_3 = 16 \text{ кг}$

Перевод в систему СИ:

$m_1 = 100 \text{ г} = 0.1 \text{ кг}$

Найти:

Какую гирю сложнее оторвать от поверхности, т.е. для подъема какой гири требуется приложить наибольшую силу?

Решение:

Чтобы оторвать гирю от поверхности стола или пола, необходимо приложить к ней силу, направленную вертикально вверх. Минимальная величина этой силы $\text{F}$ должна быть равна по модулю силе тяжести $F_{тяж}$, которая действует на гирю и прижимает ее к поверхности.

Сила тяжести рассчитывается по формуле второго закона Ньютона применительно к силе гравитации:

$F_{тяж} = m \cdot g$

где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения, постоянная величина, приблизительно равная $g \approx 9.8 \, \text{Н/кг}$.

Из формулы следует, что сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. Это означает, что чем больше масса гири, тем большая сила тяжести на нее действует и, следовательно, тем большую силу необходимо приложить, чтобы ее поднять. Таким образом, сложнее всего будет поднять гирю с наибольшей массой.

Сравним массы данных гирь в килограммах:

$m_1 = 0.1 \text{ кг}$

$m_2 = 2 \text{ кг}$

$m_3 = 16 \text{ кг}$

Сравнивая значения, получаем: $16 \text{ кг} > 2 \text{ кг} > 0.1 \text{ кг}$, то есть $m_3 > m_2 > m_1$.

Для наглядности можно рассчитать минимальные силы, необходимые для подъема каждой гири:

Сила для подъема первой гири: $F_1 = m_1 \cdot g = 0.1 \text{ кг} \cdot 9.8 \, \text{Н/кг} = 0.98 \text{ Н}$

Сила для подъема второй гири: $F_2 = m_2 \cdot g = 2 \text{ кг} \cdot 9.8 \, \text{Н/кг} = 19.6 \text{ Н}$

Сила для подъема третьей гири: $F_3 = m_3 \cdot g = 16 \text{ кг} \cdot 9.8 \, \text{Н/кг} = 156.8 \text{ Н}$

Как показывают расчеты, $F_3 > F_2 > F_1$. Наибольшую силу нужно приложить для подъема гири массой 16 кг.

Ответ: Сложнее всего оторвать от поверхности гирю массой 16 кг, так как она имеет наибольшую массу и, соответственно, на нее действует наибольшая сила тяжести, которую необходимо преодолеть для подъема.