Какова работа силы трения для тела массой 2 кг, которое движется под действием силы тяги 30 Н, проходит 4 метра за 2 секунды и останавливается, если сила тяги направлена вдоль вектора скорости?
Физика 11 класс Работа и энергия
Чтобы найти работу силы трения, нам нужно сначала определить несколько параметров, включая ускорение тела, силу трения и, наконец, работу, которую совершает эта сила.
Шаг 1: Определим ускорение тела.Известно, что тело движется под действием силы тяги и останавливается. Мы можем использовать второй закон Ньютона:
F = m * a,
где F - результирующая сила, m - масса тела, а a - ускорение.
Сначала найдем результирующую силу. Сила тяги равна 30 Н. Сила трения будет направлена в противоположную сторону и будет иметь значение, которое мы обозначим как Fтр. Таким образом, результирующая сила будет равна:
Fрез = Fтяги - Fтр.
Тело проходит 4 метра за 2 секунды. Мы можем найти его среднюю скорость:
v = S / t = 4 м / 2 с = 2 м/с.
Тело останавливается, значит конечная скорость v_final = 0 м/с. Теперь можем найти ускорение, используя формулу:
v_final = v_initial + a * t.
Подставим известные значения:
0 = 2 + a * 2.
Отсюда:
a = -1 м/с².
Шаг 2: Найдем результирующую силу.Теперь подставим найденное значение ускорения в уравнение второго закона Ньютона:
Fрез = m * a = 2 кг * (-1 м/с²) = -2 Н.
Теперь подставим это значение в уравнение для результирующей силы:
-2 Н = 30 Н - Fтр.
Отсюда находим силу трения:
Fтр = 30 Н + 2 Н = 32 Н.
Шаг 3: Рассчитаем работу силы трения.Работа силы трения (A) определяется как:
A = Fтр * S * cos(180°),
где S - это путь, который прошло тело, а cos(180°) = -1, так как сила трения направлена против движения.
Теперь подставим известные значения:
A = 32 Н * 4 м * (-1) = -128 Дж.
Итак, работа силы трения составляет -128 Дж.