Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 71

При разгоне кинетическая энергия велосипеда и велосипедиста вырастает. Если это происходит на ровном горизонтальном участке, то есть потенциальная энергия остается неизменной, то кинетическая энергия может прирастать только за счет работы велосипедиста – педали придется крутить интенсивно.

А вот при спуске работу, необходимую для поддержания движения велосипеда и даже для разгона, способна совершать сила тяжести. Поэтому ехать с горки – сплошное удовольствие!

114. Выбираем удобный блок

Эффективнее будет тот блок, который позволит нам совершить меньшую работу, поднимая груз на заданную высоту. Работа пропорциональна приложенной силе и перемещению: A = F s. Сила, которую нам нужно приложить в каждой из показанных ситуаций, равна весу груза, то есть одинакова. Чтобы поднять груз на 1 метр, нам придется в обоих случаях опустить второй конец веревки на 1 метр, то есть и перемещения одинаковы. Все выглядит так, как будто бы никакой разницы нет.

Однако мы воспользовались целым набором привычных и подразумеваемых идеализаций: блок невесомый, веревка невесомая и нерастяжимая, трение отсутствует… В реальной ситуации, конечно, все это не вполне верно. К примеру, если есть трение между блоком и осью, то сила, приложенная нами к концу веревки, должна компенсировать не только вес груза, но и силу трения. Блок под действием приложенной нами силы совершает вращательное движение. При вращательном движении важным становится соотношение моментов сил. Если считать, что оба блока насажены на ось одинакового размера, то момент силы трения одинаков, а вот момент приложенной нами силы возрастает в случае большого блока, давая нам выигрыш в силе.

Итак, если принимать в расчет силу трения, большой блок становится более эффективным.

А как повлияет на ответ масса блока (ведь у большого блока она больше)? Попробуйте провести рассуждения самостоятельно.

115. Автомобиль на катке

Чтобы ответить на вопрос этой задачи, нам придется разобраться, зачем нужна в автомобиле коробка переключения передач. Простая модель, которая нам в этом поможет, – цепная передача велосипеда. Она состоит из ведущей звездочки, к которой прикреплены педали, ведомой звездочки на заднем колесе и соединяющей их цепи (рис. 82).

Рис. 82

Ведущая звездочка обычно больше в диаметре и имеет больше зубцов, чем ведомая. Благодаря этому на один поворот педалей приходится более одного поворота заднего колеса. Точное соотношение определяется отношением числа зубцов и называется передаточным числом. К примеру, если передняя звездочка имеет 35 зубцов, а задняя 14, передаточное число будет равно 35/14 = 2,5, то есть на один полный оборот передней звездочки будет приходиться 2,5 оборота задней.