Гирю массой 16 кг пытается поднять мальчик. Максимальная сила, которую он может приложить, равна 100 Н. Сможет ли он её поднять? Изобразите все силы, действующие на гирю, в…

Цель: Понять, сможет ли мальчик поднять гирю, и как изобразить силы на гире на масштабе 2 см = 100 Н.

Дано:

• Масса гири m = 16 кг
• Максимальная сила, которую может приложить мальчик: F_a,max = 100 Н
• Вопрос: сможет ли он поднять гирю? И нарисовать силы на гире в заданном масштабе.

1. Подсчёт сил

• Сила тяжести на гирю: F_g = m g ≈ 16 кг × 9,8 м/с² ≈ 156,8 Н (округлим: 157 Н) Направление — вниз.

• Если гирю держат на полу, на гирю действует ещё нормальная сила от пола N, направленная вверх. В равновесии по вертикали сумма сил равна нулю: F_a + N = F_g При F_a = 100 Н получаем N = F_g − F_a ≈ 157 − 100 = 57 Н (направлена вверх).

• Сравнение с задачей “поднять”: Чтобы поднять гирю, сила, приложенная мальчиком, должна быть больше силы тяжести, то есть F_a > F_g. Максимум 100 Н < 157 Н, значит поднять гирю он не сможет. Гиря останется на полу; нормальная сила от пола будет компенсировать разницу.

2. Изобразение сил на масштабе 2 см — 100 Н Масштаб: 2 см corresponds to 100 Н.

• Сила тяжести F_g ≈ 157 Н -> длина стрелки ≈ 157 × 0,02 см = 3,14 см (округлено: 3,14 см), направление вниз.
• Сила приложения F_a = 100 Н -> длина стрелки ≈ 100 × 0,02 см = 2,00 см, направление вверх.
• Нормальная сила от пола N ≈ 57 Н -> длина стрелки ≈ 57 × 0,02 см = 1,14 см, направление вверх.

Как нарисовать:

• Нарисуйте гирю в центре рисунка.
• Из той же точки проведите три стрелки:
  • Вниз: F_g, длина 3,14 см, помечено 157 Н.
  • Вверх: F_a, длина 2,00 см, помечено 100 Н.
  • Вверх: N, длина 1,14 см, помечено 57 Н.
• Приведите стрелки вверх и вниз так, чтобы их сумма по величинам и направлениям образовала равновесие: F_a + N = F_g (100 Н + 57 Н = 157 Н).

3. Ответ

• Он не сможет поднять гирю, так как приложенная сила (100 Н) меньше её веса (≈157 Н).
• При этом гиря может находиться в равновесии на полу: нормальная сила пола подстраивает своё значение так, чтобы сумма вертикальных сил была нулевой.

Дополнительная заметка (для понимания движения без пола):

• Если гиря лежала бы в воздухе и мальчик тянул вверх только с силой 100 Н, на гирю действовали бы две силы: F_g вниз ≈ 157 Н и F_a вверх 100 Н. Сумма была бы вниз на ≈57 Н, гиря начала бы ускоряться вниз, т.е. поднять её нельзя и она бы не летела вверх. Это подтверждает вывод: 100 Н недостаточно для подъёма.