Номер 1, страница 109 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Перемещая груз с помощью неподвижного блока, человек выполняет работу, хотя иногда прилагает силу перпендикулярно направлению движения груза. Объясните кажущееся противоречие.

Кажущееся противоречие возникает из-за неверного соотнесения силы, приложенной человеком, и перемещения самого груза. Чтобы правильно проанализировать ситуацию, необходимо обратиться к определению механической работы.

Механическая работа $A$ совершается, когда под действием силы $F$ тело совершает перемещение $s$. Величина работы вычисляется по формуле: $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$ где $\alpha$ — это угол между вектором силы и вектором перемещения. Из формулы следует, что если сила перпендикулярна перемещению, то угол $\alpha = 90^\circ$, и, поскольку $\cos(90^\circ) = 0$, работа такой силы равна нулю.

В случае с неподвижным блоком ключевым моментом является то, что человек прикладывает силу не к грузу напрямую, а к веревке. Работа, совершаемая человеком, определяется силой, которую он прикладывает к веревке, и перемещением точки приложения этой силы (то есть того участка веревки, который он тянет).

Когда человек тянет за веревку, его рука, удерживающая веревку, перемещается. Направление силы, с которой он тянет, и направление перемещения этого участка веревки совпадают. Таким образом, угол $\alpha$ между силой человека и перемещением точки ее приложения равен $0^\circ$, и человек совершает положительную работу $A > 0$.

Роль неподвижного блока в этой системе — изменение направления действия силы. Блок позволяет, например, тянуть веревку вниз или в сторону, чтобы поднять груз вертикально вверх. Сила, приложенная человеком к одному концу веревки, через нее передается к грузу на другом конце. Именно поэтому направление движения груза может быть перпендикулярно направлению силы, прикладываемой человеком. Однако для расчета работы человека важна не траектория груза, а перемещение того объекта, к которому он непосредственно прикладывает силу — веревки.

Таким образом, противоречие разрешается: работа совершается, потому что сила, приложенная человеком, и перемещение точки приложения этой силы сонаправлены.

Ответ: Противоречие является кажущимся, так как для вычисления работы, совершаемой человеком, нужно рассматривать силу, которую он прикладывает к веревке, и перемещение точки приложения этой силы (участка веревки в его руках), а не перемещение груза. Направление силы человека и перемещение тянущегося им конца веревки совпадают, поэтому работа совершается. Неподвижный блок лишь изменяет направление силы, передавая ее от человека к грузу.