Работа, выполняемая тяжелоатлетом

Следующая задача из «Класса физики»: Ламар поднимает нагруженную штангу с пола в положение над головой на вытянутых руках. Определить работу Ламара при подъеме 300  кг на высоте 0,90 м над землей. Ответ

2,6 × 10 3 Дж
Звуковое решение говорит о вещах, которые меня смущают. Во-первых, они сказали, что сила Ламара должна равняться весу ( м г ) объекта. Но почему объекту не разрешено ускоряться? Во-вторых, поскольку силы равны и противоположны, штанга должна иметь постоянную скорость. Но что мешает мне сказать, что объект имеет постоянную нулевую скорость, что означает, что штанга никогда не сдвинется с места? В-третьих,
Вт "=" Ф → ⋅ г →
применяется только если Ф постоянно. Но если штанга перестанет двигаться в 0,90  м , сила Ламара должна была изменить направление сверху вниз, чтобы замедлить штангу до полной остановки с помощью веса ( м г ). Итак, если мы определим Ф быть силой Ламара, Ф непостоянна, поэтому мы не можем использовать Вт "=" Ф → ⋅ г → вычислить работу силы Ламара.

Ответы (3)

Во-первых, они сказали, что сила Ламара должна равняться весу (мг) объекта. Но почему объекту не разрешено ускоряться?

На самом деле, чтобы Ламар поднял штангу, чтобы она начала двигаться, ему нужно было на короткое время приложить усилие, превышающее м г для первоначального ускорения штанги. Но прежде чем достичь 0,9 м, он должен приложить усилие чуть меньше, чем м г равное количество за то же время, чтобы привести штангу в состояние покоя на 0,9 м.

Во-вторых, поскольку силы равны и противоположны, штанга должна иметь постоянную скорость. Но что мешает мне сказать, что объект имеет постоянную нулевую скорость, что означает, что штанга никогда не сдвинется с места?

Потому что, как только Ламар заставил штангу двигаться, кратковременно ускорив ее, он может уменьшить свою силу до равной м г чтобы штанга продолжала двигаться с постоянной скоростью, равной той, которую создавало начальное ускорение. Помните, что что-то может иметь постоянную скорость без действующей на него чистой силы.

В-третьих, W=Fd применяется только в том случае, если F постоянна. Но если штанга останавливается на высоте 0,90 м, сила Ламара должна была изменить направление сверху вниз, чтобы замедлить штангу до полной остановки с помощью веса (мг) .

Да, ему пришлось сменить направление силы. Но сила Ф не должен быть постоянным для Вт "=" Ф г . Ф может быть средней силой на расстоянии г . Чтобы Ламар заставил штангу двигаться, ему нужно было приложить усилие чуть больше, чем м г в начале на короткое время. Но прежде чем добраться до 0,9 м, Ламару пришлось уменьшить свою силу до чуть менее м г на равное количество за то же время довести штангу до состояния покоя на высоте 0,9 м. Таким образом, его средняя сила будет равна м г .

Сила Ламара должна была изменить направление сверху вниз, чтобы замедлить штангу до полной остановки с помощью веса (мг). Итак, если мы определим F как силу Ламара, то F не будет постоянной, поэтому мы не сможем использовать W=Fd для вычисления работы, совершаемой силой Ламара.

Верно, что Ламару пришлось изменить направление своей силы с немного большей, чем м г в начале чуть меньше м г в конце. Но, как я уже указывал, прилагаемая им сила не обязательно должна быть постоянной для того, чтобы штанга начинала и заканчивалась в состоянии покоя, пока его средняя сила на дистанции равна м г ,

Итак, если мы определим F как силу Ламара, то F не будет постоянной, поэтому мы не сможем использовать W=Fd для вычисления работы, совершаемой силой Ламара.

Снова, Ф не обязательно должно быть постоянным. Только среднее значение Ф должно быть равно м г чтобы применить Вт "=" Ф г .

Надеюсь это поможет.

Спасибо, что нашли время ответить на мой вопрос. Почему сила Ламара в начале должна быть больше мг? Я думаю, что когда штанга находится в покое на земле, есть и мг, действующая вниз, и нормальная сила, действующая вверх. Итак, пока сила Ламара больше нуля, нормальная сила + сила Ламара > мг, поэтому на долю секунды, пока нормальная сила все еще существует (когда штанга отрывается от земли, нормальная сила исчезает), результирующая сила направлена ​​вверх, поэтому штанга будет ускоряться, а сила Ламара может быть любой величиной больше нуля, а не только больше мг.
Во-вторых, когда я сказал, что Ламар меняет направление своей силы, я имел в виду не чистую силу, а на самом деле только его силу. Я думаю, что для того, чтобы заставить штангу сначала ускориться, а затем двигаться с постоянной скоростью вверх, сила Ламара направлена ​​вверх. Но чтобы замедлить штангу так, чтобы она остановилась на высоте 0,90 м, он больше не подтягивается, а тянет штангу вниз. Таким образом, его сила буквально меняет направление, и с помощью мг штанга быстро замедляется до нуля.
В-третьих, откуда я знаю, что, кроме одного периода ускорения и одного периода замедления, остальная часть движения имеет постоянную скорость? Почему это «остальное движение» не может также состоять из периодов ускорения и замедления?
@user542874 user542874 Представьте себе штангу на весах. Шкала читает м г . Вы берете штангу и очень медленно подтягиваете ее вверх, наблюдая, как показания весов снижаются, пока они не станут точно нулевыми, но штанга еще не движется. Чистая сила, действующая на штангу, теперь равна нулю. Чтобы придать ему восходящую скорость, он должен испытать ускорение, требующее направленной вверх силы > м г независимо от того, насколько малы и как кратко, чтобы начать.
@user542874 user542874 Во-вторых, вы не тянете штангу. Вы уменьшаете свою восходящую силу до < м г так что чистая сила вниз. Штанга все еще движется вверх, но теперь она замедляется.
Ага, понятно. Я думал о нормальной силе и силе Ламара как о несвязанных между собой, когда на самом деле они связаны. По мере увеличения силы Ламара нормальная сила уменьшается, поэтому результирующая сила будет оставаться равной нулю. В конце концов, нормальная сила будет равна нулю, а сила Ламара, направленная вверх, будет равна весу, направленному вниз, а результирующая сила по-прежнему равна нулю. В этот момент сила Ламара должна быть больше мг, чтобы разогнать штангу из состояния покоя. Я прав?
Я до сих пор не понимаю, почему ты не можешь тянуть штангу вниз. Я понимаю, что нужно уменьшить восходящую силу до менее чем мг, чтобы замедлить штангу, но что мешает Ламару просто тянуть вниз.
@user542874 user542874 вы можете выполнять любое ускорение и замедление, которое хотите, если конечная скорость на 0,9 м равна нулю. По теореме об энергии работы чистая работа, выполняемая штангой, равна изменению ее кинетической энергии. Поскольку начальная и конечная скорость равны нулю, изменение кинетической энергии и чистой работы, выполненной со штангой, равны нулю. Вы выполняете положительную работу со штангой, а гравитация выполняет такое же количество отрицательной работы, забирая энергию, которую вы ей отдали, и сохраняя ее в виде гравитационной потенциальной энергии.

Обратите внимание на теорему о работе-энергии , которая дает, что

работа всех сил, действующих на частицу, равна изменению кинетической энергии частицы + изменению потенциальной энергии частицы.

В вашем случае кинетическая энергия неизменна, а потенциальная энергия - нет. Принимая пол за нулевую точку, изменение потенциальной энергии равно м г Δ час , что и является нашим ответом, 2600 Дж.

Окончательно,

Но что мешает мне сказать, что объект имеет постоянную нулевую скорость, что означает, что штанга никогда не сдвинется с места?

Тот факт, что Ламар поднимает груз, означает, что его скорость не равна нулю.

Поскольку тяжелоатлет поднимает вес нормально к земле, фактическая работа не создается... чтобы оправдать:

Проделанная работа = Сила * смещение * потому что (тета) проделанная работа = Сила * смещение * 0 . . . . . . . . потому что тета здесь 90, а cos 90 = 0

значит, работы нет :)

Непонятно, почему вы говорите, что угол между силой и перемещением равен 90°. Если вы поднимаете штангу, вы прикладываете вертикальную силу и получаете вертикальное смещение. Так потому что ⁡ 0 ° "=" 1 .
Извините, но этот ответ должен быть исправлен, как уже отмечалось в комментариях, в его нынешнем виде он просто неверен.
Я проголосовал за удаление этого ответа из-за неправильного содержания.
Работа, выполняемая тяжелоатлетом
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v