ID: 00003981
Из колодца глубиной 15 м поднимают на поверхность ведро с водой массой 12 кг в первом случае равномерно, а во втором - с ускорением 0,2 $м/с^2$. Во сколько раз различается совершаемая при этом работа? Трением пренебречь.
Источник: ФИПИ
$h = 15 \text{ м}, \quad m = 12 \text{ кг}, \quad g = 10 \text{ м/с}^2$
$a_1 = 0 \text{ м/с}^2$ (равномерно), $\quad a_2 = 0{,}2 \text{ м/с}^2$ (с ускорением)
$\dfrac{A_2}{A_1}$ — ?
Случай 1 (равномерное движение). Ускорение равно нулю, поэтому по второму закону Ньютона (ось направлена вертикально вверх):
$$F_1 - mg = 0 \implies F_1 = mg$$
Работа силы $F_1$ при подъёме на высоту $h$ (угол между силой и перемещением равен $0°$):
$$A_1 = F_1 \cdot h = mgh$$
Случай 2 (движение с ускорением $a$). По второму закону Ньютона:
$$F_2 - mg = ma \implies F_2 = m(g + a)$$
Работа силы $F_2$:
$$A_2 = F_2 \cdot h = m(g + a)h$$
Отношение работ:
$$\frac{A_2}{A_1} = \frac{m(g + a)h}{mgh} = \frac{g + a}{g} = \frac{a}{g} + 1$$
$$\frac{A_2}{A_1} = \frac{0{,}2}{10} + 1 = 0{,}02 + 1 = 1{,}02$$
Во втором случае совершаемая работа больше в 1,02 раза