Номер 10, страница 112 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 2. Динамика. Параграф 14. Силы трения - номер 10, страница 112.

Условие.

10. У двух учеников спросили: «Действует ли сила трения на стул, стоящий на полу?» Один ответил: «Нет», а другой — «Да». А как думаете вы? Обоснуйте свой ответ.

Решение.

Решение

Этот вопрос касается природы силы трения покоя. Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению (или попытке движения). Различают силу трения скольжения и силу трения покоя.

Когда стул просто стоит на полу, он находится в состоянии покоя. Следовательно, мы должны рассматривать силу трения покоя. Ключевая особенность силы трения покоя ($F_{тр.покоя}$) заключается в том, что она является реактивной силой. Это означает, что она возникает только в ответ на внешнюю силу, пытающуюся сдвинуть тело. Величина силы трения покоя равна по модулю и противоположна по направлению той внешней силе ($F_{внешн}$), которая приложена к телу параллельно поверхности. Пока тело покоится, выполняется равенство: $F_{тр.покоя} = -F_{внешн}$.

Рассмотрим силы, действующие на стул в горизонтальном направлении. Если предположить идеальные условия (пол строго горизонтальный, отсутствуют сквозняки, вибрации и никто не толкает стул), то на стул не действует никаких внешних сил в горизонтальном направлении, то есть $F_{внешн} = 0$. Так как нет силы, пытающейся сдвинуть стул, то и силе трения покоя нечего уравновешивать. Её величина в данном случае также равна нулю: $F_{тр.покоя} = 0$.

Сила, величина которой равна нулю, считается недействующей. Таким образом, в рамках идеализированной физической модели, на стул, стоящий на полу, сила трения не действует. Прав ученик, который ответил «Нет».

С другой стороны, ученик, ответивший «Да», мог рассуждать с точки зрения реального мира. В реальности пол никогда не бывает идеально горизонтальным, всегда есть минимальные вибрации или движение воздуха. Эти факторы могут создавать очень маленькую скатывающую или сдвигающую силу, которая уравновешивается такой же маленькой силой трения покоя. В этом смысле можно сказать, что сила трения действует практически всегда, удерживая стул на месте. Однако в стандартных физических задачах принято рассматривать идеализированные условия, если не указано иное.

Поэтому, с точки зрения формальной физики, более корректным является ответ, основанный на идеальной модели.

Ответ:

В идеальных условиях (горизонтальный пол, отсутствие внешних горизонтальных сил) сила трения на стул не действует, так как сила трения покоя возникает только в ответ на силу, пытающуюся сдвинуть тело. Если такой силы нет, то и сила трения равна нулю. Следовательно, прав ученик, который ответил: «Нет».