Zadanie Zadanie 5.1.1: Praca poszczególnych sił działających na wózek w ruchu jednostajnym

Na stole pomiarowym w pracowni fizycznej wózek kalibracyjny o masie

m = 400\,\text{g}

(

0{,}40\,\text{kg}

) jest ciągnięty za pośrednictwem cyfrowego czujnika siły ze stałą poziomą siłą

\vec{F}

. Przy ruchu jednostajnym prostoliniowym czujnik wskazuje siłę

F = 1{,}2\,\text{N}

, a wózek przemieszcza się po blacie o odcinek

s = 50\,\text{cm}

(

0{,}50\,\text{m}

). Oblicz pracę wykonaną przez: siłę uciągu

W_F

, siłę tarcia

W_T

, siłę ciężkości

W_g

oraz siłę reakcji podłoża

W_R

. Wyznacz także pracę całkowitą

W_{\text{całk}}

i zinterpretuj wynik w oparciu o I zasadę dynamiki. Przyjmij

g = 10\,\text{m/s}^2

(w wariancie alternatywnym

g = 9{,}81\,\text{m/s}^2

).

Treść zadania

Na poziomym stole pomiarowym w pracowni fizycznej wózek kalibracyjny o masie

m = 400\,\text{g} = 0{,}40\,\text{kg}

jest ciągnięty za pośrednictwem czujnika siły (siłomierza cyfrowego) ze stałą poziomą siłą

\vec{F}

. Wózek porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, a czujnik wskazuje stałą siłę o wartości

F = 1{,}2\,\text{N}

. Wózek przemieszcza się po blacie stołu o odcinek

s = 50\,\text{cm} = 0{,}50\,\text{m}

. Przyjmij do obliczeń wartość przyspieszenia ziemskiego

g = 10\,\text{m/s}^2

(uwzględnij także wariant z

g = 9{,}81\,\text{m/s}^2

). Polecenia: a) Oblicz pracę

W_F

wykonaną przez poziomą siłę uciągu

\vec{F}

. b) Oblicz pracę

W_T

wykonaną przez siłę tarcia kinetycznego

\vec{F}_T

. c) Oblicz pracę

W_g

wykonaną przez siłę ciężkości

\vec{F}_g

oraz pracę

W_R

wykonaną przez siłę reakcji podłoża

\vec{F}_R

, podając fizyczne uzasadnienie wyniku. d) Oblicz całkowitą pracę wszystkich sił

W_{\text{całk}}

działających na wózek i zinterpretuj otrzymany wynik w oparciu o I zasadę dynamiki Newtona oraz twierdzenie o pracy i energii kinetycznej.

a)

W_F = 0{,}60\,\text{J}

b)

W_T = -0{,}60\,\text{J}

c)

W_g = 0\,\text{J}

,

W_R = 0\,\text{J}

(wektory sił są prostopadłe do wektora przesunięcia:

\cos 90^\circ = 0

) d)

W_{\text{całk}} = 0\,\text{J}

(siła wypadkowa wynosi zero:

\vec{F}_w = \vec{0}

, więc

\Delta E_k = 0

)