Номер 891, страница 172 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Для экспериментального подтверждения зависимости механической работы от приложенной силы необходимо провести опыты, в которых сила изменяется, а перемещение остается постоянным. Механическая работа вычисляется по формуле $A = F \cdot s$, где $A$ — работа, $F$ — сила, действующая в направлении движения, $s$ — перемещение. Цель эксперимента — показать, что при увеличении силы $F$ и постоянном перемещении $s$ совершаемая работа $A$ также увеличивается.

Порядок выполнения эксперимента следующий. С помощью имеющегося оборудования (доска, груз, динамометр, нитка, мерная лента) собирается экспериментальная установка: на ровную горизонтальную поверхность кладется доска, а на нее — груз. К грузу с помощью нитки прикрепляется динамометр. Мерной лентой на доске отмеряется и отмечается фиксированное расстояние, например, $s = 50 \text{ см} = 0.5 \text{ м}$.

Сначала проводится первый опыт. Груз равномерно, без ускорения, тянут с помощью динамометра по доске на отмеченное расстояние $s$. Во время движения фиксируют показание динамометра — это будет сила тяги $F_1$. При равномерном движении сила тяги по модулю равна силе трения. Затем вычисляется совершенная работа по формуле: $A_1 = F_1 \cdot s$.

Далее проводится второй опыт. Для того чтобы изменить (увеличить) прикладываемую силу тяги, необходимо увеличить силу трения. Этого можно достичь, увеличив вес тела, например, поставив на первый груз сверху еще один. Снова равномерно тянут систему грузов на то же самое расстояние $s$ и измеряют новое, большее значение силы тяги $F_2$. Вычисляют новую работу по формуле: $A_2 = F_2 \cdot s$.

В завершение сравнивают результаты двух опытов. Приведем примерные численные значения. Пусть в ходе эксперимента были получены следующие данные:
Перемещение $s = 0.5 \text{ м}$.
Сила тяги в первом опыте (один груз) $F_1 = 2 \text{ Н}$.
Сила тяги во втором опыте (два груза) $F_2 = 4 \text{ Н}$.
Тогда совершенная работа в каждом случае будет равна:
Работа в первом опыте: $A_1 = F_1 \cdot s = 2 \text{ Н} \cdot 0.5 \text{ м} = 1.0 \text{ Дж}$.
Работа во втором опыте: $A_2 = F_2 \cdot s = 4 \text{ Н} \cdot 0.5 \text{ м} = 2.0 \text{ Дж}$.

Сравнение результатов ($F_2 > F_1$ и $A_2 > A_1$) показывает, что при увеличении приложенной силы работа, совершаемая на одном и том же пути, также увеличивается. Это подтверждает прямую пропорциональную зависимость механической работы от приложенной силы. Следует отметить, что в условии задачи говорится о «равнодействующей силе». В данном эксперименте при равномерном движении равнодействующая всех сил равна нулю, и ее работа также равна нулю. Эксперимент же показывает зависимость работы, совершаемой силой тяги, от величины этой силы, что является корректной трактовкой задачи для демонстрации изучаемого принципа.

Ответ: Чтобы экспериментально подтвердить зависимость механической работы от силы, нужно измерить работу, совершаемую при перемещении тела на одно и то же расстояние под действием разных сил. Для этого с помощью динамометра измеряют силу тяги $F_1$, необходимую для равномерного перемещения одного груза на расстояние $s$, и вычисляют работу $A_1 = F_1 \cdot s$. Затем, увеличив массу тела (например, добавив второй груз), измеряют новую силу тяги $F_2$ для перемещения на то же расстояние $s$ и вычисляют работу $A_2 = F_2 \cdot s$. Сравнение результатов покажет, что большей силе соответствует большая работа ($F_2 > F_1 \implies A_2 > A_1$), что и подтверждает искомую зависимость.