Физика. Ненаглядное пособие

Работа, мощность, энергия

№ 183

Однажды физики хотели поручить одному джоулю кое-какую общественную работу. «Да вы за кого меня принимаете?» — закричал возмущенный джоуль. Что ответили физики?

Ответ. «В данном случае, — сказали физики хором, — мы принимем тебя за единицу работы».

№ 184

Хрямзик хотел заставить Грымзика работать. За это Грымзик, действуя с силой в несколько ньютонов, пихнул Хрямзика на несколько метров. Как вьршслить в джоулях механическую работу, совершенную Грымзиком?

Ответ. Нужно ньютоны, которыми толкался Грымзик, умножить на метры, на которые отлетел Хрямзик. Получатся джоули, которые наработал Грымзик, толкая Хрямзика.

№ 185

Коля отказывается совершить работу, равную 588 Джоулям, и помочь собственной бабушке втащить по лестнице авоську с капустой массой 5 кг. Какую силу придется прилагать Колиной бабушке, и на какую высоту должна она сама тащить авоську с капустой?

Ответ. Бабушка, кряхтя и прилагая силу в 49 ньютонов, равномерно потащит авоську с капустой на высоту 12 метров.

№ 186

Пока Петины друзья занимались общественно полезным трудом, Петя, масса которого 35 кг, залез на самую верхушку березы, высота которой 12 м. Какую механическую работу совершил Петя?

Ответ. 35 кг петиной массы умножим на 9,8 Н /кг. У нас получится сила, которую Петя прилагал, чтобы затащить себя на березу. Теперь эту силу умножаем на длину березы — 12 м. И выходит, что пока петины друзья зря тратили время на общественно полезную деятельность, Петя проделал плодотворную механическую работу, равную 4116 Джоулям. Вот какой работоспособный мальчик теперь сидит на березе и кричит, чтоб его как-нибудь оттуда сняли.

№ 187

Осьминог Демьян поймал восемь братьев-близнецов аквалангистов и медленно выжимает. Не как плавки после купания, а как гантели. То есть качает мускулы, равномерно поднимая всех восьмерых на высоту двух метров от дна. Какую работу совершает за одно выжимание каждая нога осьминога, если известно, что на берегу все братья-аквалангисты вместе с аквалангами, ластами и плавками совершенно неотличимы друг от друга и имеют общий вес 13720 Н, а общий объем 1,2 м³?

Ответ. Для начала узнаем общий вес братьев в воде. Братья, конечно, обидятся, но после вычитания из их сухопутного веса архимедовой силы, они все вместе со своими аквалангами и прочим добром весят всего 1960 Н. А по отдельности и того меньше. Подкидывая такого легковесного брата даже на высоту целых двух метров, Демьян совершает работу всего в 490 джоулей. Не повезло Демьяну. Не быть ему культуристом.

№ 188

Печальный дядя Боря, мечтая создать у себя в комнате уют, два часа толкал свой шкаф с пиджаками и брюками, но так и не смог сдвинуть его с места. Какую механическую работу совершил печальный дядя Боря?

Ответ. Никакой механической работы печальный дядя Боря не совершил, потому что под действием приложенных к шкафу слабеньких дядибориных сил шкаф с места не стронулся.

№ 189

Водитель грузовика, доставлявшего со склада в магазин пряники, внезапно соскучился по своей жене, выключил мотор, не нажав на тормоз, выпрыгнул из кабины и убежал домой. Грузовик с выключенным мотором самостоятельно проехал по инерции мимо магазина, в котором продавцы и покупатели с нетерпением ждали пряников, и укатил в никому неизвестном направлении. Какая механическая работа была совершена во время движения грузовика с выключенным мотором?

Ответ. Грузовик двигался по инерции, никакие силы к нему приложены не были — в этом случае никакая работа не совершается. В физике как и в жизни нельзя совершить работу, не прилагая сил.

№ 190

Мощность четырехлетней Маши равна 100 Вт. Какую работу она, ни на секунду не останавливаясь и не умолкая, совершает за 30 секунд?

Ответ. За 30 секунд Маша наработала 3 килоджоуля. Интересно, кто и что позволяет малышке получить выигрыш в силе?

№ 191

Мама велела Саше поднять брошенный им на пол школьный ранец и положить на стол, однако, Саша четыре часа отлынивал от этой тяжелой работы. Вычислите работу, которую должен был совершить Саша при подъеме школьного ранца объемом 0,012 м³ на высоту стола равную 89 см. Средняя плотность школьного ранца с учебниками, тетрадками и двойками 0,43 г/см³.

Ответ. Работа A = FS. Расстояние S нам известно: 0,89 м. Сила F, которую Саша должен приложить, чтобы равномерно поднимать свой ранец вверх, должна быть равна FT — силе тяжести, действующей на ранец, иначе ранец так и останется валяться на полу. У нас получится 45 Дж. Боюсь, для Саши это непосильный труд.

№ 192

В яму глубиной 1 метр за 10 секунд падает 10 одинаковых мальчиков. Средняя плотность каждого мальчика 1000 кг/м³. Объем каждого мальчика 0,04 м³. Какая средняя мощность при этом развивается?

Ответ. Конечно, вместо того, чтобы отвечать, вы можете сами спросить: «Мощность чего?» Как чего? Мощность потока падающих мальчиков. А может они падают на лопасти турбины. Тогда средняя мощность потока падающих на лопасти турбины, а потом спрыгивающих с нее и разбегающихся по домам мальчиков будет 392 Вт.

№ 193

Унося ноги от милиционеров, преступники часто проделывают большую механическую работу по перемещению себя за короткое время на значительное расстояние. Так, например, жулик Гудков Миша, прилагая силу в 1500 Н, за 2 часа переместил себя на расстояние 96 километров. Определи среднюю мощность уносящего ноги жулика Гудкова.

Ответ. Довольно мелкий жулик этот Миша Гудков. Его мощность всего 2 кВт, С такой мощностью много не нажульничаешь.

№ 194

Семиклассник Вася, расталкивая в школьном буфете первоклассников, за одну минуту совершает работу, равную 4200 джоулей. Какова мощность семиклассника, неудержимо рвущегося к еде?

Ответ. Вася, который подобно ледоколу, прокладывает путь сквозь толщу первоклассников, развивает мощность 70 Вт. Это средняя нормальная мощность голодного семиклассника.

№ 195

Пете нечего было делать. От скуки Петя, чтобы провести свободное время, подсунул швабру под шкаф, надавил на ручку и, совершенно неожиданно для самого себя, опрокинул шкаф на пол. Как называют физики швабру, подсунутую под шкаф?

Ответ. Швабра под шкафом — это механизм: приспособление для преобразования силы. Механизм, с помощью которого Петя проводил свободное время, называется рычаг. Но придумал его не Петя. Еще три тысячи лет назад местное население Египта использовало рычаг в тех же целях и добивалось хороших результатов.

№ 196

Что напоминает вам твердое тело, которое вращается вокруг неподвижной и несмазанной точки опоры, скрипя и рыча?

Ответ. Рычаг.

№ 197

Все друзья любили Силантия Филимоновича, звали его запросто — Сила и, при встрече, приветствовали оригинальным способом: изо всех сил лупили по части тела, которая называется точно так же, как называют кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила. Как называется эта таинственная часть тела Силантия Филимоновича?

Ответ. Плечо Силы. А у рычага эту часть называют с маленькой буквы: плечо силы.

№ 198

Близнецы Митя и Витя, живущие на третьем этаже, положили на подоконник длинную доску так, чтобы середина доски пришлась на середину подоконника, и стоят на разных концах доски. Митя стоит снаружи, а Витя в комнате. «Иди сюда» — говорит Витя. «Нет, ты иди», — спорит Митя. Стоит ли Мите спорить с братом?

Ответ. Не стоит, потому что стоит только Вите сделать шаг к Мите и условие, при котором доска-рычаг находится в равновесии, будет нарушено: расстояние между точкой опоры доски и прямой, вдоль которой действует на доску сила, равная витиному весу, сократится. В этот же момент оба брата вместе со своей доской окажутся на свежем воздухе.

№ 199

Сможет ли нечистая сила в 1000 н с помощью рычага, большее плечо которого 2 м, а меньшее 0,5 м, поднять из гроба покойника, масса которого 120 кг?

Ответ. Ой, сможет! Спасайся, кто хочет!

№ 200

Одна агрессивная сила хотела оккупировать рычаг, но в этот момент, с другой стороны рычага, подоспела миротворческая. Миротворческая сила в 200 Н имела плечо 4 метра, а агрессивная сила в 300 Н — плечо 2 метра. Вычисли моменты этих двух сил и скажи кто победит, когда одна сила начнет действовать по часовой стрелке, а другая против.

Ответ. Момент миротворческой силы равен 800 ньютон-метров, а момент агрессивной только 600 ньютон-метров. Миротворческая сила победит, отлупит агрессивную и заставит ее кричать: «Миру-мир!»

№ 201

Молодой трепетный рычаг, имевший широкие плечи: правое 5 метров, а левое 3 метра, познакомился с двумя юными силами — блондинкой и шатенкой. У блондинки был маленький курносый модуль величиной в 300 Н, а у шатенки длинный и кривой величиной 500 Н. Удастся ли молодому рычагу сохранить равновесие, когда на его правом плече повиснет блондинка, а на левом шатенка? Как долго будет сохранять равновесие рычаг?

Ответ. Рычаг не склонится ни к шатенке, ни к брюнетке и будет сохранять равновесие, пока не появится третья сила с каким-нибудь более симпатичным модулем.

№ 202

Парикмахер стрижет клиента, купившего сто лотерейных билетов. Кто: парикмахер или клиент наверняка получит выигрыш?

Ответ. Выиграют ли лотерейные билеты — неизвестно, а вот парикмахер непременно получит выигрыш в силе, потому что ножницы — это рычаг, ось вращения которого проходит через винтик, соединяющий две острые половинки.

№ 203

Длина опытной сотрудницы физической лаборатории белой мышки Мушки от кончика носа до кончика хвоста 20 см. За кончик хвоста сотрудницу в научных целях прицепили к маленькому подвижному блоку и, применяя комбинацию подвижного блока с неподвижным, стали вдумчиво поднимать на ниточке. Свободный конец ниточки вытянули на 35 см. Оторвался от пола нос опытной сотрудницы или не оторвался?

Ответ. Не оторвался. Мышка Мушка от всей души была благодарна эксперементаторам за то, что ее не стали поднимать еще выше.

№ 204

Один азартный строительный рабочий целый день играл с двумя блоками подвижным и неподвижным. К вечеру строительный рабочий выиграл в силе много ньютонов. Какой из двух блоков отдал азартному рабочему его выигрыш: подвижный или неподвижный?

Ответ. Подвижный. Неподвижный блок никому никогда никакого выигрыша в силе не даст. Юноши, не играйте в азартные игры с неподвижными блоками!

№ 205

Пете велели покрасить забор. На покраску забора Петя израсходовал ведро зеленой краски и 55 Дж энергии. Однако вместе с забором Петя за это же время нечаянно покрасил и всех своих друзей. Всего на покраску друзей и забора Петя израсходовал три ведра зеленой краски и 165 Дж энергии. Каков коэффициент полезного действия Пети?

Ответ. Величина петиной полезной работы равна энергии, затраченной на покраску забора. А полная работа, проделанная Петей, равна энергии, которую Петя затратил на покраску друзей и забора вместе взятых. КПД Пети, если рассматривать этого старательного мальчика как очень простой механизм, будет примерно 33%.

№ 206

Какой из простых механизмов: рычаг, блок, ворот, наклонную плоскость, клин или винт должен использовать лентяй, чтобы получить выигрыш в работе. Не лучше ли лентяю использовать для своей вожделенной цели более сложный механизм?
Ответ. Ни один из механизмов не даст выигрыш в работе лентяю. К сожалению, не даст и честному труженику. Во сколько раз лентяй с тружеником, используя механизм, выиграют в силе, во столько раз проиграют в расстоянии. И наоборот.

№ 207

Ученый с мировым именем Иннокентий долго рассматривал неподвижный блок как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса. В свою очередь неподвижный блок тоже благосклонно смотрел на талантливого ученого и хотя ничего ему не дал, кое-что все-таки позволил. Чего не дали и что позволили Иннокентию?

Ответ. Известному ученому не дали выигрыша в силе, зато позволили изменить направление силы. «С паршивой овцы хоть шерсти клок», — сказал ученый.

№ 208

Во время ремонта родной школы, который проводился собственными силами учеников, Вовочка нашел незнакомый механизм и с его помощью совершил полезную работу, равную 20 Джоулям. Совершая эту полезную работу, незнакомый механизм с помощью Вовочки нанес родной школе урон Джоулей на 200. Таким образом полная работа, проделанная механизмом в умелых вовочкиных руках, оказалась равна 220 Джоулям. Вычисли коэффициент полезного действия незнакомого механизма в руках у Вовочки.

Ответ. Коэффициент полезного действия всегда равен отношению полезной работы к полной. В данном случае КПД — 11%. Родной школе еще повезло.

№ 209

Прилагая силу в 50 Н Коля с помощью подвижного блока, вес которого 4 Н, равномерно поднял над дверью ведро с водой и ждет, когда войдет Толя. Вычисли массу этого ведра с водой. Трение, так и быть, можешь не учитывать.

Ответ. Подвижный блок осчастливил Колю выигрышем в силе. В два раза. 100 Н — 2 Н = 98 Н: 9,8 = 10 кг. Скоро Коля в свою очередь осчастливит Толю ведром с водой, общая масса которых 10 кг.

№ 210

Когда Коля попросил Толю поднять его с помощью подвижного блока, Толя послал Колю подальше и сказал, что он не так глуп, чтобы делать двойную работу и вместе с Толей поднимать еще и блок. Действительно ли работа, совершенная при поднятии груза с помощью подвижного блока, больше, чем без блока? Зачем тогда блок?

Ответ. Да, подвижный блок не дает выигрыш в работе. Полная работа, совершенная с его помощью, даже больше полезной. Зато получается выигрыш в силе.

№ 211

Одно тело способно совершить работу, но не хочет. Другое тело хочет, но не способно. Какое из этих тел обладает энергией?

Ответ. Первое. Если оно твое — не признавайся. Заставят работать.

№ 212

Какой потенциальной энергией относительно родной планеты обладает девятилетний землянин, который, имея массу 25 кг, зацепился штанами за сук березы на высоте 5 метров и орет дурным голосом?

Ответ. Ер = gmh. Примерно 1250 Дж. Надо снимать.

№ 213

Как не стыдно физикам измерять энергию в тех же самых величинах, что и работу: в Джоулях? Придумали бы что-нибудь новенькое. Почему не назвать единицу измерения энергии именем вашей учительницы физики?

Ответ. Физикам не стыдно, потому что работа — один из видов энергии. Они одной размерности — энергия и работа. А именем вашей учительницы назовите свою младшую сестренку, когда та родится. Если же у мамы получится брат — назовите именем директора школы.

№ 214

На краю крыши на одной и той же высоте стоят одинаковые братья-близнецы Митя и Витя. На обоих одинаковые костюмчики и тапочки, в карманах одинаковые проездные билеты на трамвай. Но у Мити ничего нет в руках, а Витя прижимает к груди крупную ржавую железяку. Кто из близнецов обладает большей потенциальной энергией?

Ответ. Витину потенциальную энергию увеличивает ржавая железяка.

№ 215

Каким видом механической энергии обладает пружина только что заведенных и сильно промокших дядипетиных часов?
Ответ. Потенциальной, которой уже никогда не суждено перейти в кинетическую.

№ 216

Каким видом энергии обладает развесистая люстра, поднятая печальным дядей Борей к потолку, и каким видом энергии будет обладать она в момент удара о паркет?

Ответ. Сначала потенциальной, потенциальной, потенциальной… и в конце концов кинетической. Но если дядя Боря живет, к примеру, на втором этаже, то у люстры останется еще немножко потенциальной энергии относительно нижних соседей и, если паркет дяди Бори и их потолок не очень прочный, я им не завидую.

№ 217

Открывая дверь с тугой пружиной, печальный дядя Боря совершил работу, равную 750 Дж. и, шагнув на порог, беспечно отпустил ручку двери. Укажите величину энергии, которой запаслась мстительная дверь. Как называется эта ужасная энергия?

Ответ. Примерно те же 750 Дж, Энергия потенциальная. Бедный печальный дядя Боря — сейчас он еще сильней опечалится.

№ 218

Где — у истоков или ближе к Астрахани — княжна, выплеснутая Стенькой Разиным из челна в великую русскую реку Волгу, будет обладать большей потенциальной энергией относительно Каспийского моря?

Ответ. Чем выше относительно уровня Каспийского моря место, где выплеснули княжну, тем больше потенциальная энергия выплеснутой.

№ 219

Вовочка деформировал пружину, обеими руками прижал к столу и крепко держит, А его такса. Дуська не верит, что деформированная пружина обладает потенциальной энергией, отталкивает Вовочку, рычит и требует, чтобы пружину дали ей понюхать. Как доказать Дуська, что она не права?

Ответ. Разжать руки. Потенциальная энергия пружины перейдет в кинетическую, и принюхавшейся таксе Дуське сразу все станет ясно.

№ 220

Исхудавший мальчик выбросил с восьмого этажа сначала гарнир, а потом и саму котлету. Массы котлеты и гарнира равны. Котлета еще летит мимо четвертого этажа, а гарнир уже подлетает ко второму. Кто обладает большей потенциальной энергией относительно земли — котлета или гарнир?

Ответ. Потенциальная энергия котлеты относительно земли больше, но если под приближающейся котлетой кто-нибудь высунет голову из окна четвертого этажа, тогда гарнир сразу получит преимущество в потенциальной энергии.

№ 221

Близнецы-братья Митя и Витя, обладающие одинаковыми массами, вбежали в родную школу и сбили с ног разное количество соучеников. Известно, что скорость вбегающего брата Мити была значительно выше скорости брата Вити. Кто из двух братьев, вбежавших в школу, обладал большей кинетической энергией?
Ответ. При равенстве братских масс большей кинетической энергией обладает тот брат, чья скорость выше.

№ 222

Рассмотри неловкое положение, в которое попали четыре взаимодействующих тела: 1. Мечтающий вступить в брак Иван Царевич. 2. Натянутая тетива лука. 3. Согласная выйти замуж царевна Лягушка. 4. Готовая к полету стрела. Какое из этих четырех тел передало свою потенциальную энергию другому и как изменилась переданная энергия в момент рокового выстрела?

Ответ. Натянутая тетива лука вручила свою потенциальную энергию стреле, которая тут же истратила всю получку на приобретение кинетической энергии.

№ 223

Дрозофила Мушка Машка, с детства страдающая морской болезнью, испачкала ножки в клубничном варенье и прилипла к маятнику стенных часов. Каждый раз, как только потенциальная энергия маятника начинает переходить в кинетическую — Машку начинает выворачивать наизнанку. Маятник качнулся пять раз влево и пять раз вправо. Сколько раз начинало выворачивать наизнанку мушку Машку?
Ответ. Всего десять раз, но Машке кажется, что это длится уже целую вечность.

№ 224

Назовите превращение одного вида энергии в другой в следующих моментах из жизни дяди Пети: Когда дядя Петя в младенчестве выпал из коляски и ринулся вниз. Когда дядя Петя в юности, спасаясь от папы одной своей знакомой, выпрыгнул из окошка ее садового домика и долго летел, пока, не приземлился благополучно в крапиву.

Ответ. В младенчестве потенциальная энергия перешла в кинетическую, в юности — тоже. Много ее у дяди Пети, очень много!

№ 225

Грабители отняли у потерпевшего деньги, документы, раздели его до шла и решив, что взять с него больше нечего, кинули с моста в речку. Чем все-таки еще обладал потерпевший на полпути к холодной воде?
Ответ. Потенциальной энергией, постепенно переходящей в кинетическую.

№ 226

Джон Леннон уронил очки на барабан. Очки подпрыгнули семь раз и затихли. Сколько раз кинетическая энергия очков, соскользнувших с носа, великого музыканта, переходила в потенциальную?

Ответ. 7 раз. Но на всякий случай пересчитайте сами.

№ 227

Какая энергия, лучше; потенциальная или кинетическая?

Ответ. Это каждый решает сам, Например, кому-то больше нравится еще висеть, а некоторые предпочитают уже падать.