Обсуди с товарищами, страница 131 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 26. Работа силы. Мощность. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - страница 131.

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

Решение

Данное утверждение кажется противоречивым из-за неверного соотнесения вектора силы, прикладываемой человеком, и вектора перемещения груза. Чтобы разрешить это кажущееся противоречие, необходимо правильно применять определение механической работы.

Механическая работа $A$ вычисляется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $F$ — это модуль приложенной силы, $s$ — модуль перемещения точки приложения этой силы, а $\alpha$ — угол между вектором силы $\vec{F}$ и вектором перемещения $\vec{s}$.

Ключевой момент заключается в том, что человек прикладывает силу не к грузу напрямую, а к верёвке. Следовательно, для расчёта работы, совершаемой человеком, нужно рассматривать перемещение именно того участка верёвки, за который он тянет.

Направление силы, с которой человек тянет верёвку, всегда совпадает с направлением движения этого участка верёвки. Например, если человек отходит в сторону, он тянет верёвку горизонтально, и точка приложения его силы перемещается также горизонтально. В этом случае угол $\alpha$ между силой человека и перемещением точки её приложения равен $0°$, а $\cos(0°) = 1$. Поэтому человек совершает положительную работу: $A_{человека} = F_{человека} \cdot s_{верёвки}$.

Неподвижный блок изменяет направление силы. Сила натяжения верёвки, создаваемая человеком, передаётся через блок и поднимает груз. Сила, действующая на груз со стороны верёвки, направлена вертикально вверх, то есть сонаправлена с перемещением груза. А сила, которую прикладывает человек к верёвке, может быть направлена под любым удобным углом (вниз, в сторону и т.д.).

Таким образом, нет никакого противоречия. Работа совершается, потому что вектор силы, приложенной человеком, сонаправлен с вектором перемещения точки приложения этой силы (участка верёвки). Тот факт, что сила человека может быть перпендикулярна перемещению груза, не означает, что работа равна нулю, так как для расчёта работы человека используется перемещение верёвки, а не груза.

Ответ:

Противоречие является кажущимся и возникает из-за того, что сравниваются не те векторы. Механическая работа совершается, когда направление силы и направление перемещения точки её приложения не перпендикулярны. Человек прикладывает силу к верёвке, и точка приложения этой силы движется в том же направлении, в котором человек тянет верёвку. Поэтому угол между силой человека и перемещением точки её приложения равен нулю, и работа совершается. Неподвижный блок лишь меняет направление силы, позволяя силе, приложенной, например, горизонтально, совершать работу по подъёму груза вертикально.