Вопрос школьника
Определите, с какой силой давит палка на плечо человека, несущего на конце палки груз массой 5 кг, если длина конца палки от плеча до кисти руки 40 см, а от плеча до груза 60 см (рис. 52). Массу палки не учитывать
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон равновесия тела. Так как палка и груз находятся в состоянии покоя, то сумма всех сил, действующих на систему, должна быть равна нулю.
Сила, с которой палка давит на плечо человека, называется реакцией опоры и направлена вверх. Ее величина равна силе тяжести груза, который находится на другом конце палки.
Сила тяжести груза равна произведению его массы на ускорение свободного падения, которое на Земле принимается равным 9,81 м/с². Таким образом, сила тяжести груза равна:
Fг = mг * g = 5 кг * 9,81 м/с² = 49,05 Н
Для определения силы, с которой палка давит на плечо человека, необходимо использовать моменты сил. Момент силы определяется как произведение силы на расстояние от точки приложения силы до оси вращения.
В данном случае осью вращения является точка, где палка прилегает к плечу человека. Момент силы тяжести груза относительно этой точки равен:
Mг = Fг * lг = 49,05 Н * 0,6 м = 29,43 Нм
где lг — расстояние от точки приложения силы до оси вращения (точки прилегания палки к плечу).
Чтобы палка находилась в равновесии, момент силы реакции опоры должен быть равен моменту силы тяжести груза. Расстояние от точки приложения реакции опоры до оси вращения равно сумме расстояний от груза до оси вращения и от руки до оси вращения:
lр = lг + lрк = 0,6 м + 0,4 м = 1 м
где lрк — расстояние от точки приложения руки до оси вращения.
Таким образом, сила реакции опоры равна:
Fр = Mг / lр = 29,43 Нм / 1 м = 29,43 Н
Ответ: сила, с которой палка давит на плечо человека, равна 29,43 Н.
