Номер 2, страница 46 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Шабусов

2. Книга лежит на наклонной плоскости. Какая из сил выполняет положительную работу?

а) Сила тяжести;

б) сила упругости;

в) сила трения;

г) вес книги;

д) среди ответов нет правильного.

Решение

Работа силы определяется по формуле $A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$, где $\text{F}$ — модуль силы, $\text{s}$ — модуль перемещения тела, а $\alpha$ — угол между вектором силы и вектором перемещения. Работа является положительной, если угол $\alpha$ острый ($0^\circ \le \alpha < 90^\circ$), то есть когда сила направлена в ту же сторону, что и перемещение, или под острым углом к нему.

Хотя в условии сказано, что книга "лежит", что может означать состояние покоя (перемещение $s=0$ и работа всех сил равна нулю), в таких задачах обычно рассматривается случай возможного движения. Естественным движением для книги на наклонной плоскости является соскальзывание вниз. Предположим, что книга скользит вниз, тогда ее перемещение $\vec{s}$ направлено вдоль наклонной плоскости вниз.

Рассмотрим работу каждой из сил, действующих на книгу:

а) Сила тяжести
Сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$) направлена вертикально вниз. Угол между этой силой и вектором перемещения, направленным вниз по наклонной плоскости, является острым (он равен $90^\circ - \beta$, где $\beta$ — угол наклона плоскости). Поскольку косинус острого угла положителен, работа силы тяжести будет положительной. Сила тяжести является движущей силой в данном случае.

б) сила упругости
Сила упругости (или сила нормальной реакции опоры $\vec{N}$) направлена перпендикулярно наклонной плоскости. Угол между вектором этой силы и вектором перемещения составляет $90^\circ$. Так как $\cos(90^\circ) = 0$, работа силы упругости равна нулю.

в) сила трения
Сила трения ($\vec{F}_{тр}$) всегда направлена в сторону, противоположную движению. Поскольку книга скользит вниз, сила трения направлена вверх вдоль наклонной плоскости. Угол между силой трения и перемещением равен $180^\circ$. Так как $\cos(180^\circ) = -1$, работа силы трения отрицательна.

г) вес книги
Вес книги ($\vec{P}$) — это сила, с которой книга действует на опору (наклонную плоскость). Работа же вычисляется для сил, приложенных к самому движущемуся телу (книге). Поэтому рассматривать работу веса в данном контексте некорректно.

Таким образом, при соскальзывании книги по наклонной плоскости положительную работу совершает только сила тяжести.

Ответ: а) Сила тяжести.