Номер 11, страница 165 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

11. Всегда ли действующая на движущееся тело сила совершает механическую работу?

Нет, не всегда. Действующая на движущееся тело сила совершает механическую работу только при определенных условиях.

Решение

Механическая работа $A$ определяется как скалярное произведение вектора силы $\vec{F}$ на вектор перемещения $\vec{s}$. Математически это выражается формулой:

$A = F \cdot s \cdot \cos(\alpha)$

где:

• $F$ — модуль силы, действующей на тело;
• $s$ — модуль перемещения тела;
• $\alpha$ — угол между направлением силы и направлением перемещения.

Из этой формулы видно, что работа может быть равна нулю, даже если на тело действует ненулевая сила ($F > 0$) и тело движется ($s > 0$). Это происходит в том случае, когда $\cos(\alpha) = 0$.

Условие $\cos(\alpha) = 0$ выполняется, когда угол $\alpha = 90^\circ$. Это означает, что вектор силы перпендикулярен вектору перемещения. В этом случае, несмотря на то что на движущееся тело действует сила, она не совершает механической работы.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Движение тела по окружности. Например, спутник, вращающийся вокруг Земли по круговой орбите. Сила всемирного тяготения, действующая на спутник, всегда направлена к центру Земли, то есть перпендикулярно вектору скорости (и малому перемещению) спутника, который направлен по касательной к орбите. В этом случае угол $\alpha = 90^\circ$, и работа силы тяжести равна нулю.
2. Сила нормальной реакции и сила тяжести при горизонтальном движении. Когда тело движется по горизонтальной поверхности (например, ящик скользит по полу), сила тяжести направлена вертикально вниз, а сила нормальной реакции опоры — вертикально вверх. Перемещение же происходит в горизонтальном направлении. Обе эти силы перпендикулярны перемещению ($\alpha = 90^\circ$), и поэтому их работа равна нулю.
3. Сила Лоренца. Магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу с силой Лоренца, которая всегда перпендикулярна вектору скорости частицы. Следовательно, эта сила изменяет только направление движения частицы, но не ее скорость (и кинетическую энергию), и не совершает работы.

Таким образом, сила, действующая на движущееся тело, совершает работу только тогда, когда у нее есть составляющая, направленная вдоль (или против) вектора перемещения. Если сила перпендикулярна перемещению, ее работа равна нулю.

Ответ: Нет, действующая на движущееся тело сила совершает механическую работу не всегда. Работа не совершается, если вектор силы перпендикулярен вектору перемещения тела.