Номер 5, страница 194, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 5. Законы сохранения в механике. Параграф 47. Закон сохранения механической энергии. Вопросы и задания - номер 5, страница 194.

Условие.

5. В вагоне поезда на столике лежит брусок. Поезд плавно трогается и увеличивает свою скорость. За счёт работы какой силы у бруска появился запас кинетической энергии?

Решение.

Кинетическая энергия – это энергия движения. Она рассчитывается по формуле $E_k = \frac{mv^2}{2}$, где $\text{m}$ – масса тела, а $\text{v}$ – его скорость. Изначально, когда поезд и лежащий в нём брусок находились в состоянии покоя, их скорость и кинетическая энергия были равны нулю.

Когда поезд начал движение с ускорением, брусок, находящийся на столике, также начал ускоряться вместе с поездом. Это означает, что его скорость стала увеличиваться, а следовательно, появилась и начала расти его кинетическая энергия.

Согласно теореме о кинетической энергии, изменение кинетической энергии тела равно работе, совершённой равнодействующей всех сил, приложенных к телу: $\Delta E_k = A$. Чтобы брусок приобрёл ускорение в горизонтальном направлении, на него должна была действовать сила, направленная в ту же сторону, что и ускорение поезда.

Рассмотрим силы, действующие на брусок. В вертикальном направлении сила тяжести уравновешивается силой нормальной реакции опоры (столика). В горизонтальном направлении единственной силой, которая может действовать на брусок, является сила трения между бруском и поверхностью столика. Поскольку поезд ускоряется, столик "уходит" из-под бруска, а брусок, по инерции, стремится остаться на месте (то есть начать скользить назад относительно столика). Этому предполагаемому скольжению препятствует сила трения покоя, которая направлена против возможного смещения, то есть вперёд, в сторону движения поезда.

Именно эта сила трения покоя и является той внешней силой, которая разгоняет брусок вместе с поездом. Работа этой силы является положительной, так как направление силы совпадает с направлением перемещения бруска. Эта работа и идёт на увеличение кинетической энергии бруска.

Ответ: Запас кинетической энергии у бруска появился за счёт работы силы трения покоя, действующей на него со стороны столика.