Номер 16, страница 140, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 16. Механическая работа. Мощность - номер 16, страница 140.

Условие.

16. Приведите примеры, когда действующая на тело сила не совершает механической работы. Сделайте пояснительные рисунки.

Решение.

Механическая работа $\text{A}$ совершается тогда, когда на тело действует сила $\vec{F}$, и тело при этом совершает перемещение $\vec{s}$. Работа вычисляется по формуле: $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $\text{F}$ — модуль силы, $\text{s}$ — модуль перемещения, а $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения. Из этой формулы следует, что механическая работа не совершается, если перемещение равно нулю ($s=0$) или если сила перпендикулярна перемещению ($\alpha=90^\circ$, так как $\cos(90^\circ)=0$).

Пример 1: Сила приложена, но перемещение отсутствует

Человек прикладывает силу к стене, пытаясь ее сдвинуть. Стена при этом остается неподвижной. Поскольку перемещение стены равно нулю ($s=0$), то и работа, совершаемая силой человека, равна нулю: $A = F \cdot 0 \cdot \cos(\alpha) = 0$. Несмотря на то, что человек прикладывает силу и ощущает усталость, механическая работа в физическом смысле не совершается.

Ответ: Сила, приложенная к неподвижному телу (например, человек толкает стену), не совершает работы, так как перемещение равно нулю.

Пример 2: Сила перпендикулярна перемещению (перенос груза)

Человек несет тяжелую сумку, двигаясь равномерно и прямолинейно по горизонтальной дороге. Для удержания сумки он прикладывает к ней силу $\vec{F}$, направленную вертикально вверх и равную по модулю силе тяжести. Перемещение сумки $\vec{s}$ происходит в горизонтальном направлении. Угол между вектором силы $\vec{F}$ и вектором перемещения $\vec{s}$ составляет $90^\circ$. Следовательно, работа силы удержания равна нулю: $A = F \cdot s \cdot \cos(90^\circ) = 0$.

Ответ: Сила, направленная перпендикулярно перемещению тела, не совершает работы (например, сила удержания груза при его движении по горизонтали).

Пример 3: Сила перпендикулярна перемещению (движение по окружности)

Спутник, вращающийся вокруг планеты по круговой орбите, движется под действием силы тяготения $\vec{F}_т$. Эта сила всегда направлена к центру планеты, то есть по радиусу орбиты. Вектор скорости $\vec{v}$, а значит и вектор элементарного перемещения $\vec{s}$, в любой момент времени направлен по касательной к орбите. Поскольку радиус перпендикулярен касательной в точке касания, угол между силой тяготения и перемещением составляет $90^\circ$. Поэтому работа силы тяготения на любом участке круговой орбиты равна нулю: $A = F_т \cdot s \cdot \cos(90^\circ) = 0$.

Ответ: Сила тяготения не совершает работы при движении спутника по круговой орбите, так как вектор силы всегда перпендикулярен вектору перемещения.