Questions: Uno sciatore scende con velocità costante di 10 m / s lungo un pendio inclinato di 30° rispetto all'orizzontale. La sua massa è 70 kg. Trascura l'attrito con l'aria.
Calcola il lavoro compiuto dalla forza d'attrito con il suolo in 1,0 s.
[-3,4 x 10^3 J]
Transcript text: Uno sciatore scende con velocità costante di $10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ lungo un pendio inclinato di $30^{\circ}$ rispetto all'orizzontale. La sua massa è 70 kg . Trascura l'attrito con l'aria.
Calcola il lavoro compiuto dalla forza d'attrito con il suolo in $1,0 \mathrm{~s}$.
\[
\left[-3,4 \times 10^{3} \mathrm{~J}\right]
\]
Solution
Solution Steps
Step 1: Determine the distance traveled
The skier is moving with a constant velocity of \(10 \, \mathrm{m/s}\). In \(1.0 \, \mathrm{s}\), the distance traveled \(d\) is:
\[
d = v \cdot t = 10 \, \mathrm{m/s} \cdot 1.0 \, \mathrm{s} = 10 \, \mathrm{m}
\]
Step 2: Calculate the gravitational force component along the incline
The gravitational force component along the incline \(F_{\parallel}\) is given by:
\[
F_{\parallel} = mg \sin \theta
\]
where \(m = 70 \, \mathrm{kg}\), \(g = 9.81 \, \mathrm{m/s^2}\), and \(\theta = 30^\circ\). Substituting the values:
\[
F_{\parallel} = 70 \, \mathrm{kg} \cdot 9.81 \, \mathrm{m/s^2} \cdot \sin 30^\circ = 70 \cdot 9.81 \cdot 0.5 = 343.35 \, \mathrm{N}
\]
Step 3: Calculate the work done by the friction force
Since the skier is moving with a constant velocity, the net force along the incline is zero. This means the friction force \(F_f\) must be equal and opposite to the component of the gravitational force along the incline:
\[
F_f = -F_{\parallel} = -343.35 \, \mathrm{N}
\]
The work done by the friction force \(W_f\) over the distance \(d\) is:
\[
W_f = F_f \cdot d = -343.35 \, \mathrm{N} \cdot 10 \, \mathrm{m} = -3433.5 \, \mathrm{J}
\]