Мальчик сжимает силомер. Какая сила действует на руку мальчика и чему равна работа этой силы, если показания силомера измеряются в ньютонах (рис. 69)?
рис. 69
На руку действует сила упругости механизма F = 34 Н.
Работа силы упругости равна половине произведения жесткости упругого тела на разность квадратов его начального и конечного удлинений ($А = \frac{kΔx^{2}}{2}$).
Такж A = Fs, где − F − сила упругости, s − перемещение.
Для решения данной задачи важно понять несколько ключевых физических концептов: силу и работу. Мы разберем их подробно.
Сила
Сила — это физическая величина, которая характеризует взаимодействие тел. Сила может изменять скорость тела, направление его движения или форму тела. Сила измеряется в ньютонах (Н), а 1 Н — это сила, которая придаёт телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².
В данной задаче, силомер измеряет силу, которую мальчик прикладывает к устройству. Силомер представляет собой прибор, который преобразует деформацию, вызванную силой, в числовое значение силы. Сила, сжатия измеряется по шкале.
Работа силы
Работа силы — это энергия, переданная телу при его перемещении под действием силы. Работа силы рассчитывается по формуле:
$$ A = F \cdot s \cdot \cos \alpha $$
где:
− $ A $ — работа (измеряется в джоулях, Дж),
− $ F $ — сила, действующая на тело (измеряется в ньютонах, Н),
− $ s $ — перемещение тела (измеряется в метрах, м),
− $ \alpha $ — угол между направлением силы и направлением перемещения.
1 Джоуль (1 Дж) — это работа, совершаемая силой в 1 Н на пути 1 м, если направление силы совпадает с направлением перемещения ($ \cos 0^\circ = 1 $).
Применение теоретических знаний
В данной задаче, чтобы определить силу, достаточно считать показания со шкалы силомера, так как он напрямую измеряет значение силы. Другими словами, сила, с которой мальчик сжимает силомер, будет равна значению на шкале прибора.
Для расчета работы силы необходимо знать путь или перемещение, которое совершает точка приложения силы. Перемещение $ s $ — это расстояние, на которое перемещается часть силомера при сжатии. Угол $ \alpha $ между направлением силы (сжатия) и перемещением при данном взаимодействии обычно равен $ 0^\circ $, так как направление силы совпадает с направлением перемещения, значит $ \cos 0^\circ = 1 $.
Таким образом, работа силы будет рассчитываться по упрощенной формуле:
$$ A = F \cdot s $$
где $ F $ — значение силы, показанное силомером, а $ s $ — величина перемещения.
Заключение
Для того чтобы решить задачу, необходимо:
1. Определить силу по показаниям силомера.
2. Измерить перемещение $ s $, которое совершает часть силомера при сжатии.
3. Подставить данные в формулу для работы силы, учитывая направление взаимодействия.
Работа силы будет выражена в джоулях, а сила — в ньютонах.
Пожауйста, оцените решение
