Preguntas típicas sobre trabajo físico y energía mecánica en las escuelas secundarias

Ejercicios integrales

Ejemplo 1: Dibujar los brazos de momento F1 y F2 con respecto al fulcro O en la Figura 1, representados por las letras L1 y L2 respectivamente .

Análisis y coordinación: Los pasos para dibujar el brazo de momento son los siguientes:

(1) Determinar el punto de apoyo en el diagrama de palanca. Extiende la línea de acción de la fuerza con una línea de puntos. Como se muestra en la Figura 2. Se obtienen la línea de acción dinámica y la línea de acción de resistencia.

(2) Dibuja una línea vertical desde la línea de acción del fulcro O para dibujar el pie vertical. Entonces, la distancia que cae la columna de fulcro es el brazo de momento.

El brazo de momento está representado por una línea de puntos, el punto de apoyo del pie vertical está marcado por tirantes y las letras L1 y L2 representan el brazo de potencia y el brazo de resistencia respectivamente.

Nota:

(1) El brazo de momento es la distancia vertical desde el punto de apoyo hasta la línea de acción de la fuerza. No lo confunda con la distancia desde el punto de apoyo hasta el punto de tensión.

(2) El dibujo del brazo de palanca debe estar estandarizado. La línea de extensión de la fuerza y ​​el brazo de momento debe representarse con una línea de puntos, el brazo de momento debe estar encerrado entre llaves y la letra L debe representarse al lado del brazo de momento.

Ejemplo 2: Como se muestra en la Figura 3, cuelgue un peso de 600 N en B, a 20 cm del extremo derecho de la palanca. Para equilibrar la palanca, al menos se debe sumar la fuerza de la vaca en A, a 60 cm de distancia de B, en la dirección.

Análisis y solución: utilice las condiciones de equilibrio de la palanca para resolver el problema;

(1) Marque el punto de apoyo, la fuerza, la resistencia, el brazo de momento y el brazo de resistencia en la palanca. diagrama.

(2) Según las condiciones del saldo de apalancamiento, enumere las ecuaciones y sustituya los datos para obtener el resultado.

Para el peso que cuelga en el punto B, la fuerza sobre la palanca está representada por F2, el brazo de resistencia L2 = 20 cm y la fuerza que actúa en el punto A está representada por F1. Al aplicar fuerza verticalmente, la potencia utilizada es mínima. En este momento, el brazo de potencia es L1 = 20 cm 60 cm = 80 cm, como se muestra en la Figura 4. Utilice la condición de equilibrio del apalancamiento para resolver.

Se debe aplicar una fuerza de 150 N en el punto A.

Método para determinar la dirección: El efecto de F2×l2 actuando sobre el punto B es hacer que la palanca gire en el sentido de las agujas del reloj. alrededor del fulcro. Para equilibrar la palanca, el efecto de F1 × l1 que actúa sobre el punto A debe ser girar la palanca en sentido antihorario, por lo que la dirección de la fuerza F1 debe ser vertical hacia arriba.

Descripción:

(1) Otra expresión de la condición de equilibrio de la palanca es:

Es decir, el brazo de potencia es varias veces el brazo de resistencia, y el El poder es la resistencia una fracción de.

Entonces × 600 cabezas de ganado = 150 cabezas de ganado.

(2) Al resolver problemas utilizando condiciones de equilibrio de palanca, se pueden omitir las unidades de los brazos de momento a ambos lados del signo igual, siempre que las unidades del brazo de momento y el brazo de resistencia sean las mismas. mismo.

Ejemplo 3: Como se muestra en la Figura 5, O es el punto de apoyo de la palanca, y el peso G y la fuerza F1 de la palanca están en posición horizontal y equilibrados. Si la fuerza F2 reemplaza a la fuerza F1 para mantener el equilibrio de la palanca en el diagrama, la siguiente relación es correcta.

A.B.

C.D.

Análisis y solución: La palanca se encuentra en equilibrio bajo la acción del peso y la fuerza F1. Cuando la palanca está equilibrada, la fuerza ejercida por el objeto sobre la palanca es F, su brazo de momento es L y el brazo de momento de la fuerza F1 es l1, entonces Fl = F1l1.

Cuando la fuerza F1 cambia a F2, el brazo de momento de F2 es l2, como se muestra en la Figura 6, la palanca todavía está equilibrada, por lo que también se puede ver en la figura, así es.

Los resultados del análisis y las respuestas correctas a esta pregunta deben ser A y d.

Ejemplo 4: Un estudiante utiliza una fuerza de 100 N para patear una pelota de fútbol que pesa 50 N horizontalmente 20 metros. Lo que hace el estudiante con la pelota es:

3000j b 1000j c 2000j d No se puede determinar.

Análisis y Respuesta: En física, el trabajo se refiere al proceso físico en el que coexisten dos factores. Los dos factores son que una fuerza actúa sobre un objeto y que el objeto recorre una distancia en la dirección de la fuerza. A estos dos elementos los llamamos trabajo.

El error más común en esta pregunta es elegir C, pensando que W = FS = 100 N × 20m = 2000 J. La razón del error es fundamentalmente no darse cuenta de que los dos factores necesarios para realizar el trabajo existen al mismo tiempo.

Una pelota de fútbol pasa por dos procesos desde que se patea hasta que aterriza. El primer proceso comienza cuando el pie del alumno toca el balón y finaliza cuando sale del balón. Durante este proceso, el estudiante pateó la pelota y la pelota se movió en la dirección de la fuerza, pero se desconocía la distancia de movimiento, no 20 metros. Entonces, en este proceso, el estudiante trabajó en la pelota, W = FS = 100 N× s, y no se puede determinar la cantidad de este trabajo. El segundo proceso es que la pelota se mueve por inercia. Durante este proceso, aunque la pelota se movió una cierta distancia, el estudiante no la pateó. Por lo tanto, el alumno no trabaja con la pelota durante este proceso. Por lo tanto, cuando el estudiante patea la pelota a 20 metros de distancia, el trabajo realizado sobre la pelota es incierto.

Entonces la opción d es correcta.

Ejemplo 5: Como se muestra en la Figura 7, bajo la acción de la fuerza de tracción horizontal F, el objeto A se mueve a lo largo del plano horizontal a una velocidad de 0,1 m/s durante 5 segundos. Se sabe que el peso del objeto A es 100 N y que la fuerza de fricción experimentada por el objeto A es 0,2 veces el peso del objeto. Excluyendo el peso de la polea y la fricción de la polea, la potencia de la fuerza de tracción F es vatios.

Solución analítica: La fuerza de fricción entre el objeto A y la superficie horizontal f = 0,2G = 0,2×100 N = 20 N. El objeto A se mueve a velocidad constante bajo la acción de F, entonces F = = 10 N. La distancia de movimiento es SA = vAt = 0,1 m/s× 5 s = 0,5m El trabajo de la fuerza de tracción w = f s = 10N× 1m

La velocidad del extremo libre del. La cuerda también se puede calcular, v = 0,2 m/s. Luego, calcule la potencia de acuerdo con P = Fv. P = fv = 10N × 0,2m/s = 2W.

Ejemplo 6: Utilice el juego de poleas que se muestra en la Figura 8 para tirar de un objeto que pesa 600 Newtons hacia arriba 2 metros a una velocidad constante, y la fuerza de tracción utilizada es de 200 Newtons. Encuentre la eficiencia mecánica del bloque de poleas.

Análisis y solución: Mediante inspección se debe analizar que el peso del objeto es G = 600 N, el aumento de peso es h = 2 m y la fuerza de tracción F = 200 N.

Observando los dibujos se debería poder analizar que hay cinco tramos de cuerda que soportan la gravedad de la polea en movimiento y del objeto. Por lo tanto, la distancia que recorre el extremo libre de la cuerda es S = 5h = 5×2 2m = 10m.

El propósito del bloque de poleas es levantar el objeto pesado, por lo que el trabajo realizado al levantar el objeto pesado es trabajo útil, y el trabajo realizado por la fuerza de tracción sobre el bloque de poleas es el trabajo total. para que se pueda calcular la eficiencia mecánica. El proceso de cálculo es el siguiente:

w útil = Gh = 600 N× 2m = 1200 J.

=200 N×10 m =2000 J.

Respuesta: La eficiencia mecánica del bloque de poleas es 60.

Explicación: En una máquina simple, la relación entre la distancia de movimiento S del punto de acción dinámica y la distancia de movimiento H del objeto está determinada por la estructura de la propia máquina. En el bloque de poleas hay n cuerdas para soportar el peso de la tarde, por lo que S = nh. No tiene nada que ver con la gravedad, la potencia o la eficiencia mecánica del objeto.

Ejemplo 7: ¿En cuál de las siguientes situaciones aumentan tanto la energía cinética como la energía potencial gravitacional?

A. Después de que el paracaidista abrió su paracaídas, descendió a velocidad constante.

B. El automóvil viaja cuesta abajo a una velocidad constante.

C. El ascensor acelera desde abajo.

D. El tren viaja a velocidad constante sobre una vía recta.

Solución analítica: La energía cinética y la energía potencial se denominan colectivamente energía mecánica. La cantidad de energía cinética depende de su masa y velocidad, y la cantidad de energía potencial gravitacional depende de su masa y altura.

En la opción A, cuando el paracaidista abre su paracaídas y desciende a velocidad constante, su masa permanece sin cambios pero su altura disminuye, por lo que su energía potencial gravitacional disminuye. No hay cambio de velocidad durante el descenso, por lo que no hay cambio en su energía cinética.

En la opción B, cuando el coche va cuesta abajo a velocidad constante, la energía potencial también disminuye, pero la energía cinética permanece sin cambios.

Opción C, el ascensor sube, la masa permanece sin cambios y la altura aumenta. Cuando aumenta la energía potencial gravitacional del ascensor, la masa permanece sin cambios al acelerar, pero cuando aumenta la velocidad, aumenta la energía cinética y aumentan tanto la energía cinética como la energía potencial.

En la opción D, el tren viaja a velocidad constante por una vía recta. La masa, la altura y la velocidad del tren no han cambiado, y su energía cinética y su energía potencial gravitacional no han cambiado.

La respuesta correcta a esta pregunta debería ser c.

Explicación: (1) Cuando un objeto cae a una velocidad constante, su energía potencial disminuye. Algunos estudiantes creen que cuando la energía potencial se convierte en energía cinética, la energía cinética definitivamente aumentará. Este análisis es erróneo. Cuando un objeto cae con velocidad constante, debe verse afectado por la fricción. En este momento, parte de la energía mecánica se convierte en energía interna del objeto y la energía mecánica se reduce.

(2) A la hora de estudiar la magnitud de la energía cinética o la energía térmica, cabe señalar que están determinadas por dos factores.

Ejemplo 8: Las masas del cobre y del hierro no son iguales. Colóquelos en ambos extremos de la palanca de la luz y la palanca mantendrá un equilibrio horizontal. Si se sumergen en agua respectivamente, como se muestra en la Figura 9, el resultado es:

A. La palanca aún puede mantener el equilibrio.

bLa palanca no puede mantener el equilibrio y un extremo del bloque de cobre cae.

C La palanca no puede mantener el equilibrio y un extremo del bloque de hierro que cuelga cae.

D. Condiciones insuficientes para juzgar

Análisis: Si el extremo derecho de la palanca está sujeto a la fuerza FB y el extremo izquierdo está sujeto a la resistencia FA, entonces el brazo de potencia y la resistencia El brazo se muestra en la Figura 9 respectivamente, como se muestra en la Figura 9 (A) Se muestra antes de la inmersión.

La posibilidad de equilibrar la palanca depende de si los bloques de cobre y hierro están sumergidos en agua. En este caso se acciona la palanca y por tanto, de manera similar, se resiste la palanca.

Cuando los bloques de cobre y hierro no están sumergidos en agua, la palanca está en equilibrio. Por lo tanto, según la condición de equilibrio de la palanca, solo necesitamos comparar los tamaños. La solución específica es la siguiente:

Cuando el bloque de hierro y el bloque de cobre se sumergen en el agua,

Se concluye que el bloque de cobre y el bloque de hierro se sumergen en el agua, conclusión que la palanca ya no se equilibra y el extremo del bloque de cobre cae. b es la respuesta correcta.

Ejercicios integrales

1. Como se muestra en la Figura 10, para equilibrar la palanca, las fuerzas en el punto A son respectivamente, y la fuerza más pequeña es

A .La fuerza vertical F1 es la más pequeña.

B. La fuerza F2 en la dirección perpendicular a la palanca OA es la más pequeña.

C. La fuerza F3 en la dirección horizontal es la más pequeña.

D. No importa en qué dirección, la fuerza es la misma.

2. La palanca que se muestra en la Figura 11 está en equilibrio. Si el indicador de la escala del resorte cambia a la mitad de su valor original y la palanca aún está en equilibrio, puede:

A Reducir dos códigos de gancho

B. tres códigos de gancho

C. Mueve el código de gancho hacia la izquierda un pequeño espacio.

D. Mueva la marca de verificación una pequeña distancia hacia la derecha.

3. Hay un automóvil en una carretera nivelada que pesa 200 N. Una persona utiliza una fuerza horizontal de 50 N. Al empujar el automóvil hacia adelante 5 metros a una velocidad constante, los siguientes juicios son correctos:

A. La gravedad no trabaja

B. Las personas realizan 250 julios de trabajo

c.

D. La resistencia del coche es de 50 N.

4. Utilice la polea móvil para levantar objetos pesados. Si la fuerza utilizada es de 100 N y el peso sube 0,6 m con rapidez constante en 0,5 segundos, excluyendo el peso de la polea, la potencia de tracción es:

a 300 b 240 c. 100 w.

5. Hay dos máquinas, A y B. La eficiencia mecánica de la máquina A es 80 y la eficiencia mecánica de la máquina B es 60. Entonces la siguiente afirmación es correcta:

A. La máquina A debe ahorrar más trabajo que la máquina B.

B. La potencia de la máquina A debe ser mayor que la potencia de la máquina b.

c La máquina a debe tener más trabajo útil que la máquina b a la hora de trabajar.

D. Ninguna de las afirmaciones anteriores es correcta.

6. Cuando la bicicleta se desliza cuesta abajo a velocidad constante, tiene:

A. La energía potencial gravitacional disminuye y la energía cinética aumenta.

B. La energía cinética permanece sin cambios y la energía potencial gravitacional disminuye.

C. La energía cinética permanece inalterada y la energía mecánica disminuye.

D. La energía térmica por gravedad disminuye y la energía mecánica disminuye.

Un objeto con GA = 80 N se cuelga del extremo izquierdo de una palanca de 7,1 metros de largo, y un objeto con GB = 20 N se cuelga del extremo derecho.

Para equilibrar la palanca, el punto de apoyo debe estar a 10 cm del extremo izquierdo. Si el peso en ambos extremos aumenta en 10 N, se debe reequilibrar la palanca y el punto de apoyo debe moverse cm hacia el extremo.

8. Si dos vehículos con la misma potencia pasan a velocidad constante al mismo tiempo, y la relación de distancias es 1:2, entonces la relación de la fuerza de tracción de los dos vehículos es la relación del trabajo realizado por los dos vehículos.

9. Un caballo tira de un carro de 5.000 Newtons con una fuerza de tracción horizontal de 300 Newtons. Si avanza 100 metros por un camino horizontal en 2 minutos, entonces la fuerza de tracción realizará un trabajo en julios. el suelo frente al carro La fuerza de apoyo trabaja en julios y la potencia del carro arrastrado es en vatios.

10. Un trabajador utiliza una polea móvil para levantar un objeto que pesa 500 N a una velocidad constante de 3 metros en dirección vertical. La potencia de la fuerza de tracción es de 50 vatios. Si no se consideran la fricción y el peso de la polea móvil, el extremo libre de la cuerda se mueve con una velocidad de m/s.

11. Al mismo tiempo, se puede utilizar el mismo juego de poleas para levantar objetos de diferentes masas a la misma altura a una velocidad uniforme. Si los pesos adicionales durante el levantamiento son iguales, entonces:

A. Los extremos libres de las cuerdas se mueven la misma distancia.

B. El trabajo total utilizado es igual

C La potencia de los bloques de poleas es igual.

D. Las eficiencias mecánicas de los conjuntos de poleas son iguales.

12. Se cuelgan bloques de hierro macizo GA y GB con gravedad desigual en ambos extremos de la palanca, como se muestra en la Figura 12, GA >: GB, y la palanca está justo en equilibrio en este momento. Si GA y GB se sumergen en agua, la palanca:

A. Perderá el equilibrio y el extremo izquierdo de la palanca se hundirá.

B. fregadero de palanca

C. Mantener el equilibrio

D Condiciones insuficientes para juzgar

13. Como se muestra en la Figura 13, OA: OB = 1: 2. el bloque de metal con una cuerda. En el punto A, use una balanza de resorte para ejercer una fuerza vertical hacia arriba. Cuando la varilla OB está en reposo horizontalmente, la balanza del resorte marca 1,8 N. Cuando se agrega agua al recipiente y el bloque de metal se sumerge en el agua, la balanza del resorte indica 1,8 N.

Pregunta: (1) ¿Cuál es la masa del bloque de metal?

(2) ¿Cuál es la densidad del bloque de metal?

Responder una pregunta

1.B 2. un. A, B, D cuatro. B5. D

6.b, D7.20, derecha, 58.2:1, 1:1.

9.3×104, 0, 250 10.0.2

11.A 12. C

Análisis y solución: Antes de que A y B se hundan en el agua, la palanca está equilibrada horizontalmente. El extremo izquierdo de la palanca está sujeto a la fuerza FA y el extremo derecho está sujeto a la fuerza FB, por lo que. la palanca está equilibrada. Por lo tanto, conéctelo a la fórmula para expandirlo.

Cuando A y B se sumergen en agua al mismo tiempo, el extremo izquierdo de la palanca se tensa, el extremo derecho se tensa y luego el extremo izquierdo.

El componente derecho

Porque lo mismo

p>

Por lo tanto

La respuesta correcta a esta pregunta debería ser c.

13.(1)m = 0,54kg.

(2)2,7×103kg/metro cúbico