Задачи по теме Работа, мощность и энергия

Задача №6
Изменится ли работа, производимая двигателем эскалатора, если человек, стоящий на равномерно движущейся вверх лестнице эскалатора, начнёт сам равномерно подниматься по ней?

Ответ: Да, работа уменьшится. Как неподвижно стоящий, так и равномерно движущийся по эскалатору человек оказывает на эскалатор одинаковую силу давления, равную своему весу. Поэтому поведение человека, описанное в условии задачи, на силе двигателей эскалатора, совершающей работу по подъёму лестницы и человека, никак не отразится. Между тем, двигаясь, человек совершает некоторую работу по своему подъёму и раньше достигнет верха эскалатора. Следовательно, двигатели эскалатора произведут меньшую работу при подъёме движущегося человека, чем при подъёме неподвижно стоящего.

Задача №7
Может ли механическую работу совершить сила трения покоя?

Ответ: Может. Показать это можно на следующем примере. На полу железнодорожного вагона стоит груз. Поезд начал двигаться. Груз под действием силы трения, действующей между ним и полом, переместится вместе с вагоном, не двигаясь относительно него. После того как вагон переместится на некоторое расстояние, груз приобретёт энергию. Эту энергию он, очевидно, приобрёл за счёт работы, совершённой силой трения покоя.

Задача №8
Трактор тянет сеялку по горизонтальному участку поля. По преодолении какой силы трактор совершает работу?

Ответ: По преодолению силы сопротивления почвы.

Для любознательных: Понятие работы как физической величины, введённое в механике, только до известной степени согласуется с представлением о работе в житейском смысле. Действительно, например, работа грузчика по подъёму тяжести расценивается тем больше, чем больше поднимаемый груз и чем на большую высоту он должен быть поднят.

Однако с той же житейской точки зрения мы склонны называть «физической работой» всякую деятельность человека, при которой он совершает известные физические усилия. Но, согласно даваемому в механике определению, эта деятельность может и не сопровождаться работой. В известном мифе об Атласе, поддерживающем на своих плечах небесный свод, люди имели в виду усилия, необходимые для поддержания огромной тяжести, и расценивали эти усилия как колоссальную работу. Для механики же здесь нет работы, и мышцы Атласа могли бы быть попросту заменены прочной колонной.

Атлас или Атлант – в древнегреческой мифологии могучий титан, держащий на плечах небесный свод. Является символом выносливости и терпения.
Геспериды – в древнегреческой мифологии нимфы, дочери Геспера – Вечерней Звезды и Нюкты – Ночи, охраняющие золотые яблоки.
Джон Сингер Сарджент (John Singer Sargent; 12.01.1856–15.04.1925) – американский художник, мастер портрета.

Задача №9
Судно перешло из реки в море. При этом мощность, развиваемая двигателями, и число оборотов винта не изменилась. Изменилась ли скорость движения судна относительно воды? (Вязкость речной и морской воды считать одинаковой.)

Ответ: Скорость движения судна в морской воде увеличилась. Плотность морской воды больше плотности пресной, поэтому глубина погружения судна в воду уменьшится. Следовательно, уменьшится сопротивление воды движению судна.

Задача №10
Наблюдая за лодкой, ведущей на буксире другую такую же, можно заметить, что буксирный канат бывает натянут не всё время. Объясните причину этого явления, учитывая, что мощность, развиваемая буксиром, постоянна.

Ответ: Предположим, что в некоторый момент времени канат не натянут (например, из-за того, что буксир попал на волну и потерял при этом скорость). При ненатянутом канате скорость буксируемой лодки вследствие сопротивления воды будет уменьшаться, а скорость буксира увеличиваться благодаря работе двигателя. Канат при этом будет натягиваться. Натяжение каната вызывает увеличение скорости буксируемой лодки и, в свою очередь, уменьшение скорости буксира. Натяжение каната убывает, и весь процесс повторяется снова.

Задача №11
Измениться ли мощность, развиваемая двигателями эскалатора, если мальчик, стоящий на движущейся вверх лестнице эскалатора, начнёт подниматься по эскалатору с постоянной скоростью?

Ответ: Не изменится. Работа двигателей эскалатора, оттого, что мальчик движется по нему, уменьшится, а меньшую работу двигатели совершат соответственно за меньшее время.

Для любознательных: Первый в мире эскалатор установили в 1894 году в парке Кони-Айленд (Нью-Йорк) как аттракцион для туристов. Его называли «наклонный подъёмник». Спроектировал эскалатор американский изобретатель Джесси Рено. Поначалу на специальной раме двигался ленточный конвейер с площадкой, наклонённой к земле под углом 30°. Но это было опасным для пассажиров. Тогда Рено заменил наклонную площадку ступеньками. Несколько позже их снабдили поручнями. В 1911 году в Лондоне станцию метрополитена "Earl's Court" впервые снабдили эскалатором.

Задача №12
Кто развивает большую мощность: медленно поднимающийся по лестнице человек или спортсмен той же массы, совершающий прыжок с шестом?

Ответ: Большую мощность развивает спортсмен, прыгающий с шестом, так как он совершает работу за меньшее время, чем медленно поднимающийся по лестнице человек.

Задача №13
Под действием груза пружина, подвешенная вертикально, растянулась. Как изменятся потенциальная энергия пружины, если её: а) нагревать; б) охлаждать?

Ответ: а) Потенциальная энергия пружины при её нагревании будет уменьшаться; б) при охлаждении будет увеличиваться. Напряжённое состояние пружины при нагревании уменьшается (при значительном нагревании может произойти отжиг и пружина вообще потеряет способность восстанавливать свою первоначальную форму). При охлаждении напряжённое состояние пружины увеличивается.

Задача №14
Механические часы нужно периодически заводить (обычно один раз в сутки). Почему?

Задача №15
За счёт, какой энергии работают стенные часы с гиревым заводом?

Задача №16
Одинакова ли энергия ходовой пружины настенных часов во вторник и в субботу, если часы заводятся регулярно каждый понедельник?

Задача №17
За счёт какой энергии совершается работа по подъёму аэростата?

Ответ: За счёт потенциальной энергии сжатого воздуха атмосферы (внизу у основания аэростата воздух сжат больше, чем у его вершины).

Задача №18
Аэростат, наполненный водородом, поднялся в стратосферу. За счёт чего увеличилась его потенциальная энергия?

Ответ: За счёт уменьшения потенциальной энергии воздуха.

Задача №19
Ежегодно по рекам сплавляется огромное количество леса. За счёт, какой энергии выполняется эта большая работа?

Задача №20
Где потенциальная энергия каждого кубического метра воды в реке больше – у её истоков или в устье?

Задача №21
В какой реке горной или равнинной – каждый кубометр текущей воды обладает большей кинетической энергией?

Задача №22
Какую роль в технике играют плотины?

Задача №23
Почему скорость воды, выходящей из гидротурбины, меньше, чем входящей?

Ответ: Скорость выходящей из турбины воды становится меньше, так как гидротурбина совершает работу за счёт убывания кинетической энергии потока воды.

Задача №24
Каков источник энергии, за счёт которой производится помол зерна на водяной мельнице? Водяные мельницы использовались в стародавние времена не только для помола зерна ;-) Поинтересуйтесь областями применения водяных двигателей самостоятельно и подготовьте на эту тему сообщение.

.Задача №25
Каков источник энергии, за счёт которой производится помол зерна на ветряной мельнице? Задача №26
Может ли потенциальная энергия быть отрицательной?

Ответ: Да. Потенциальная энергия зависит от выбора начального уровня.Задача №27
Для того чтобы дверь сама закрывалась, к ней прикрепляют пружину. За счёт, какой энергии совершается работа при открывании и закрывании такой двери?

Задача №28
Предположим, что некотором районе на поверхности Луны твёрдость и плотность грунта совпадают с твёрдостью и плотностью грунта в данном месте на Земле. Где легче копать лопатой: на Земле или на Луне?

Ответ: На Земле. Следует учесть, что успех работы зависит от давления лопаты на грунт.

Задача №29
Со дна водоёма всплыл пузырёк газа. За счёт чего увеличилась его потенциальная энергия?

Ответ: За счёт уменьшения потенциальной энергии воды.

Задача №30
Мыльный пузырь лопнул. Исчезла ли энергия, затраченная на выдувание пузыря?

Ответ: В основном энергия израсходовалась на работу по разрыву и дроблению пузыря на мелкие частицы и на работу по расширению воздуха, находившегося в нём.

Эдвард Антун Портилье (Edward Antoon Portielje; 08.02.1861–18.12.1949) – бельгийский жанровый живописец.

Задача №31
Когда и почему двигатель автомобиля развивает большую мощность: при разгоне или равномерном движении с достигнутой при разгоне скоростью?

Ответ: При разгоне мощность двигателя автомобиля должна быть больше, так как энергия затрачивается не только на работу по преодолению силы трения и силы давления встречного воздуха, но и на приобретение автомобилем кинетической энергии.

Задача №32
Автомобиль спускается с горы с выключенным двигателем. За счёт, какой энергии движется при этом автомобиль?

Задача №33
Водителю необходимо переехать на автомобиле лужу с илистым дном. Он решил разогнать автомобиль и на большой скорости преодолеть её. Правильно ли он поступил?

Ответ: Разогнавшись, автомобиль преодолевает лужу за счёт накопленной кинетической энергии.

Задача №34
Одинакова ли сила тяги электровоза во время равномерного движения поезда по горизонтальному участку пути и в тот момент, когда поезд трогается с места?

Задача №35
Какая энергия используется в пневматических тормозных системах автобусов, трамваев и других транспортных средствах?

Ответ: Потенциальная энергия сжатого воздуха.

Задача №36
Почему тяжелая автомашина должна иметь более сильные тормоза, чем более лёгкая?

Ответ: При одинаковых скоростях тело, имеющее большую массу, обладает и большей кинетической энергией.

Задача №37
Почему иногда автомобиль не может въехать на гору, если он у начала подъёма не сделал разгон (не приобрёл значительной скорости)?

Ответ: Если машина делает разгон, то к механической энергии, вырабатываемой двигателем в данное время, прибавляется ранее приобретённая кинетическая энергия самого автомобиля.

Задача №38
Заводной игрушечный автомобиль пришёл в движение. Откуда он приобрёл кинетическую энергию?

Задача №39
За счёт, какой энергии движутся санки, скатывающиеся с горы? Какое превращение энергии из одного вида в другой вид при этом происходит?

Задача №40
Фарфоровая чашка упала на пол и разбилась. За счёт, какой энергии совершена в этом случае работа разрушения?

Задача №41
При изгибании упругой стальной пластинки совершена работа. Какой вид энергии приобретает пластинка в результате этого?

Задача №42
Почему граммофон перед проигрыванием каждой пластинки необходимо заводить? Что значит завести граммофон? И что такое граммофон? :-))) Познакомьтесь поближе ;-) с этим старинным аппаратом для воспроизведения звука и подготовьте на эту тему сообщение.

.

Задача №43
По краям гоночных мотоциклетных трасс в местах очень крутых поворотов укладывают пенопластовые плиты. Объясните назначение и действие этих плит.

Ответ: Пенопластовые плиты плавно гасят скорость гонщика при столкновении, не травмируя его. Таким образом, кинетическая энергия гонщика преобразуется в энергию деформации плит.

Задача №44
Опишите превращения энергии, происходящие при стрельбе из лука.

Задача №45
Как изменится движение пули, если на её пути встретится доска, которую она пробивает? Сохранится ли при этом неизменной кинетическая энергия пули? Не противоречит ли закону сохранения энергии изменение кинетической энергии при пробивании пулей доски?

Ответ: Пробивая доску, пуля совершает работу против сил трения за счёт изменения своей кинетической энергии. Скорость пули уменьшается. Противоречия с законом сохранения энергии нет, так как пуля и доска при этом нагреваются.

Задача №46
Резиновый мяч упал на пол и подскочил вверх. Какие превращения энергии произошли при этом?

Задача №47
С помощью понтонов поднимают затонувший корабль со дна моря. За счёт какой энергии происходит этот подъём?

Ответ: Подъём корабля совершается за счёт потенциальной энергии сжатого воздуха.

Задача №48
Ледокол колет только тонкий лёд. Чаще он вползает на ледяное поле и проваливает его своей тяжестью. За счёт, какой энергии в этом случае совершается работа по разрушению льда?

Задача №49
Какой ветер, зимний или летний, при одной и той же скорости обладает большей мощностью?

Ответ: Так как зимой воздух плотнее, чем летом, а кинетическая энергия тела зависит от массы, то зимой при той же скорости (и других равных условиях) ветер обладает большей мощностью.

7