Задание OGEPHYSCB1BDD: Простые механизмы. «Золотое правило» механики. Рычаг. Момент силы. Условие равновесия рычага. Подвижный и неподвижный блоки. КПД простых механизмов

Дано: F = 20 Н. Блок и нить невесомы, трения нет. Принимаем g = 10 Н·кг⁻¹.
Выберем систему Земли и ось Oy вверх. Груз поднимается равномерно, поэтому a_y = 0. На груз действуют тяжесть mg вниз и натяжение T вверх. Второй закон Ньютона в проекции:
T − mg = ma_y = 0,
откуда T = mg. Нить лёгкая, трение в блоке отсутствует, поэтому натяжение обеих ветвей одинаково. Сила на свободном конце равна натяжению: F = T.
Неподвижный блок меняет направление усилия, но не даёт выигрыша в силе. На него со стороны нити действуют две силы T вниз; их уравновешивает сила крепления вместе с весом самого блока, если он учитывается. Эти две ветви не поддерживают сам груз: к грузу присоединена только одна.
Следовательно, F = mg.
Выразим массу:
m = Fg.
Подстановка:
m = 20 Н10 Н·кг⁻¹ = 2 кг.
Проверка: вес груза 2 кг · 10 Н·кг⁻¹ = 20 Н равен натяжению. На неподвижный невесомый блок действуют две силы по 20 Н вниз, поэтому его крепление выдерживает 40 Н; это не вес поднимаемого груза. Равномерность движения согласуется с нулевой равнодействующей на грузе. Ответ: 2 кг.