Может ли человек подняться вверх, ухватившись за конец верёвки, перекинутой через неподвижный блок и привязанной другим концом к поясу? Для ответа на вопрос установите:
а) является ли система тел человек − верёвка − блок замкнутой;
б) со стороны чего на верёвку и, следовательно, на человека действует внешняя сила.

Для ответа на поставленный вопрос необходимо рассмотреть физические аспекты задачи, опираясь на законы механики, в частности, на закон сохранения импульса и закон сохранения энергии.

Анализ системы человек − верёвка − блок

Замкнутая система

Система тел называют замкнутой, если на неё не действуют внешние силы, способные изменить состояние движения её элементов. Рассмотрим составляющие системы:

• Человек: является активным элементом системы, так как он совершает действия, прикладывает силы и взаимодействует с верёвкой.
• Верёвка: передаёт силы между человеком и блоком; её натяжение зависит от приложенных усилий.
• Блок: неподвижный элемент, закреплённый относительно земли, который лишь изменяет направление силы натяжения верёвки.

Для того чтобы считать систему замкнутой, необходимо исключить влияние внешних сил. Однако в данной задаче внешние силы всё же присутствуют:
1. Сила тяжести действует на человека и на блок.
2. Реакция опоры действует на блок, удерживая его в неподвижном положении.
3. Если человек пытается подтянуться, он прикладывает силу к верёвке, которая направлена вверх, но эта сила создаётся за счёт мышечных усилий человека — то есть источник силы находится внутри системы.

Таким образом, система человек − верёвка − блок не является замкнутой, так как на неё действуют внешние силы, такие как сила тяжести и реакция опоры.

Взаимодействия в системе

При анализе системы важно учитывать силы, действующие на её элементы:
− На человека действует сила тяжести $ F_{\text{тяж}} = mg $, где $ m $ — масса человека, $ g $ — ускорение свободного падения.
− Человек прикладывает силу к верёвке, стремясь подняться вверх, создавая натяжение в верёвке.
− Верёвка передаёт силу к блоку, который лишь изменяет направление силы, но не увеличивает её величину.
− Сила реакции опоры действует на блок, удерживая его в неподвижном состоянии.

Принцип действия неподвижного блока

Неподвижный блок — это устройство, которое изменяет направление приложения силы, но не даёт выигрыша в её величине. То есть сила, которую человек прикладывает к одному концу верёвки, равна силе, действующей на другой конец верёвки. Если человек потянет верёвку вниз с силой $ F $, то эта же сила $ F $ будет действовать вверх на другой конец верёвки, привязанный к его поясу.

Внешние силы на верёвку и человека

На человека действует несколько сил:
1. Сила тяжести $ F_{\text{тяж}} = mg $, направленная вниз.
2. Сила реакции натяжения верёвки $ F_{\text{в}} $, направленная вверх.

На верёвку, в свою очередь, действуют силы:
1. Сила, приложенная человеком к свободному концу верёвки.
2. Сила натяжения верёвки, передающая усилие через блок.

Важно отметить, что человек, пытаясь подтянуться, создаёт натяжение в верёвке, но эта сила равна силе тяжести, действующей на него. Следовательно, человек не сможет подняться, так как его усилия лишь компенсируют его собственный вес.

Условия подъёма

Для того чтобы человек смог подняться, необходимо создать силу, превышающую силу тяжести. Однако в данной задаче человек прикладывает усилия, которые через верёвку возвращаются к нему же. Таким образом, никакого выигрыша в силе не происходит, так как блок не изменяет величину силы, а лишь перенаправляет её.

Законы физики, такие как закон сохранения энергии, подтверждают, что человек не может подняться, используя только неподвижный блок и верёвку, привязанную к его поясу.