Номер 2, страница 68 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

2. При каких условиях работа силы равна нулю?

Решение

В физике механическая работа $\text{A}$, совершаемая постоянной силой $\text{F}$ при перемещении тела на расстояние $\text{s}$, вычисляется по формуле:

$A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$

где $\text{F}$ – это модуль приложенной силы, $\text{s}$ – модуль перемещения тела, а $\alpha$ – угол между направлением действия силы и направлением перемещения.

Из этой формулы следует, что работа будет равна нулю, если хотя бы один из сомножителей ($\text{F}$, $\text{s}$ или $\cos(\alpha)$) равен нулю. Рассмотрим эти условия подробнее.

1. Перемещение равно нулю ($s = 0$)

Если тело, на которое действует сила, не перемещается, то работа этой силы равна нулю, какой бы большой ни была сама сила. Это происходит потому, что $s=0$, и, следовательно, $A = F \cdot 0 \cdot \cos(\alpha) = 0$.

Пример: Вы с большой силой давите на стену, но стена не двигается. Ваше перемещение равно нулю, поэтому, с точки зрения физики, вы не совершаете механической работы (хотя ваши мышцы устают из-за внутренних биохимических процессов).

2. Угол между силой и перемещением равен $90^\circ$ ($\alpha = 90^\circ$)

Если сила действует перпендикулярно направлению движения тела, то угол $\alpha$ равен $90^\circ$. Так как $\cos(90^\circ) = 0$, работа силы также будет равна нулю: $A = F \cdot s \cdot 0 = 0$.

Примеры:
а) Сила тяжести не совершает работы, когда вы несете сумку по горизонтальной дороге. Сила тяжести направлена вертикально вниз, а перемещение — горизонтально.
б) Сила Лоренца, действующая на заряженную частицу в магнитном поле, всегда перпендикулярна скорости частицы и, следовательно, ее перемещению. Поэтому работа силы Лоренца всегда равна нулю.

3. Величина силы равна нулю ($F = 0$)

Это самый очевидный случай. Если на тело не действует никакая сила (или равнодействующая всех сил равна нулю), то и работа этой силы равна нулю: $A = 0 \cdot s \cdot \cos(\alpha) = 0$.

Пример: Космический корабль движется по инерции в межгалактическом пространстве с выключенными двигателями. Поскольку внешние силы практически отсутствуют ($F \approx 0$), работа этих сил равна нулю.

Ответ:

Работа силы равна нулю при выполнении хотя бы одного из следующих трех условий:
1. Тело не перемещается (перемещение $s = 0$).
2. Сила перпендикулярна перемещению (угол между вектором силы и вектором перемещения $\alpha = 90^\circ$).
3. Величина действующей силы равна нулю ($F = 0$).