Номер 1, страница 31 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел. Самостоятельные работы. СР-26. Работа силы. Мощность. Вариант 1 - номер 1, страница 31.

Условие.

1. Приведите примеры работы, совершаемой силой тяготения.

Решение.

Работа силы тяготения (силы тяжести) совершается, когда тело, на которое она действует, перемещается. Величина и знак этой работы зависят от направления перемещения тела относительно направления силы тяжести, которая всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли. Работа $\text{A}$ вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$, где $\text{F}$ — сила, $\text{s}$ — перемещение, а $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения.

Примеры положительной работы силы тяготения

Работа силы тяготения положительна, когда тело движется вниз. В этом случае направление перемещения совпадает с направлением силы тяжести или составляет с ним острый угол ($\alpha < 90^\circ$). Потенциальная энергия тела уменьшается, переходя в кинетическую.

1. Падение тела: Когда яблоко падает с дерева, сила тяжести совершает положительную работу, ускоряя его. Работа равна $A = mgh$, где $\text{m}$ — масса яблока, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\text{h}$ — высота падения.

2. Течение реки или водопад: Вода в реке течет вниз под действием силы тяжести. На гидроэлектростанциях положительная работа силы тяжести, совершаемая над падающей водой, используется для вращения турбин и выработки электроэнергии.

3. Спуск с горы: Когда санки или лыжник съезжают с горы, составляющая силы тяжести, направленная вдоль склона, совершает положительную работу, увеличивая их скорость.

Примеры отрицательной работы силы тяготения

Работа силы тяготения отрицательна, когда тело движется вверх. В этом случае перемещение направлено противоположно силе тяжести или составляет с ней тупой угол ($\alpha > 90^\circ$). Для подъема тела необходимо приложить внешнюю силу, которая совершает положительную работу, а работа силы тяжести будет отрицательной.

1. Подбрасывание мяча вверх: Когда мяч летит вверх, его перемещение направлено вверх, а сила тяжести — вниз. Работа силы тяжести отрицательна ($A = -mgh$) и приводит к уменьшению скорости мяча.

2. Подъем на лифте: Лифт движется вверх, преодолевая силу тяжести. Сила тяги мотора совершает положительную работу, а сила тяжести — отрицательную.

3. Полет самолета при наборе высоты: Сила тяги двигателей перемещает самолет вверх, а сила тяжести совершает отрицательную работу, "мешая" набору высоты.

Примеры, когда работа силы тяготения равна нулю

Работа силы тяготения равна нулю, если перемещение тела перпендикулярно направлению силы тяжести ($\alpha = 90^\circ$) или если перемещение отсутствует ($s=0$).

1. Движение по горизонтальной поверхности: Когда человек несет сумку и идет по ровной дороге, сила тяжести, действующая на сумку, направлена вертикально вниз, а перемещение — горизонтально. Угол между ними равен $90^\circ$, поэтому работа силы тяжести равна нулю.

2. Движение спутника по круговой орбите: Сила тяготения, действующая на спутник, всегда направлена к центру Земли. Вектор скорости (и малого перемещения) спутника направлен по касательной к орбите. Так как радиус и касательная в точке перпендикулярны, работа силы тяжести равна нулю.

3. Тело в состоянии покоя: Книга, лежащая на столе, находится под действием силы тяжести, но ее перемещение равно нулю ($s=0$), следовательно, работа силы тяжести также равна нулю.

Ответ: Примерами работы, совершаемой силой тяготения, являются: падение воды в водопаде (положительная работа); полет подброшенного вверх камня (отрицательная работа); движение искусственного спутника Земли по круговой орбите (работа равна нулю).