Номер 3, страница 125 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

3. Чем отличаются друг от друга рычаги I и II рода?

4. Почему неподвижный блок не дает выигрыша в силе?

3. Рычаги I и II рода являются простыми механизмами, предназначенными для получения выигрыша в силе или расстоянии, но они различаются по взаимному расположению точки опоры и точек приложения сил.

Основное различие заключается в следующем:

• Рычаг I (первого) рода — это рычаг, у которого точка опоры (O) расположена между точками приложения силы (F₁) и силы сопротивления/груза (F₂). Классические примеры — качели-балансир, ножницы, лом. В зависимости от соотношения длин плеч ($l_1$ и $l_2$), такой рычаг может давать выигрыш в силе (если плечо приложенной силы длиннее), выигрыш в расстоянии (если плечо приложенной силы короче) или просто изменять направление действия силы, не давая выигрыша ни в силе, ни в расстоянии (при равенстве плеч).

• Рычаг II (второго) рода — это рычаг, у которого точка приложения силы сопротивления/груза (F₂) расположена между точкой опоры (O) и точкой приложения силы (F₁). Примерами могут служить тачка, щелкунчик для орехов, открывалка для бутылок. У такого рычага плечо приложенной силы ($l_1$) всегда длиннее плеча силы сопротивления ($l_2$), поэтому рычаг II рода всегда дает выигрыш в силе.

Ответ: Рычаги I и II рода отличаются взаимным расположением точки опоры, точки приложения силы и точки приложения нагрузки. У рычага I рода точка опоры находится между приложенными силами, а у рычага II рода точка приложения нагрузки (силы сопротивления) находится между точкой опоры и точкой приложения движущей силы.

4. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, потому что по своей сути он представляет собой равноплечий рычаг I рода.

Рассмотрим неподвижный блок как рычаг. Ось вращения блока является его точкой опоры (O). Силы прикладываются к веревке, перекинутой через блок. С одной стороны на веревку действует сила груза $F_2$ (вес груза $P$), а с другой стороны прикладывается тянущая сила $F_1$.

Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы. В случае неподвижного блока плечи обеих сил ($l_1$ и $l_2$) равны радиусу блока $R$.

$l_1 = R$

$l_2 = R$

Условие равновесия рычага гласит, что моменты сил, вращающих его в разных направлениях, должны быть равны:

$M_1 = M_2$

Где момент силы $M$ равен произведению силы $F$ на ее плечо $l$: $M = F \cdot l$.

Подставим значения в условие равновесия:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$

$F_1 \cdot R = F_2 \cdot R$

Сократив радиус $R$ в обеих частях уравнения, получаем:

$F_1 = F_2$

Это означает, что для подъема груза необходимо приложить силу, равную весу этого груза. Таким образом, выигрыша в силе не происходит. Основное назначение неподвижного блока — изменять направление приложения силы, что часто бывает удобно на практике (например, тянуть веревку вниз легче, чем поднимать груз вверх).

Ответ: Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, так как он является равноплечим рычагом, у которого плечи приложенной силы и силы тяжести груза равны радиусу блока. Вследствие этого, согласно правилу моментов, приложенная сила равна силе тяжести груза ($F_1 = F_2$).