Номер 7, страница 101, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава II. Динамика. Параграф 9. Силы трения - номер 7, страница 101.

Условие.

7. К лежащему на столе бруску массой 1 кг прикладывают горизонтальную силу, равную по модулю $\text{F}$. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3. Чему равна действующая на брусок со стороны стола сила трения, если:

а) $F = 2 \, \text{Н}$;

б) $F = 5 \, \text{Н}$?

Решение 2.

Дано:

Масса бруска $m = 1$ кг

Коэффициент трения $\mu = 0,3$

Приложенная сила в случае а) $F_a = 2$ Н

Приложенная сила в случае б) $F_b = 5$ Н

Ускорение свободного падения $g \approx 10 \text{ м/с}^2$

Найти:

Силу трения в случае а) $F_{тр.a}$

Силу трения в случае б) $F_{тр.б}$

Решение:

Сила трения зависит от того, находится ли тело в покое или движется. Для начала необходимо определить максимальную силу трения покоя, которая возникает между бруском и столом. Эта сила также будет равна силе трения скольжения, когда брусок начнет двигаться.

Сила трения скольжения вычисляется по формуле:

$F_{тр.скольжения} = \mu N$

где $\text{N}$ – это сила нормальной реакции опоры. Так как брусок находится на горизонтальной поверхности и внешняя сила приложена горизонтально, сила нормальной реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на брусок:

$N = mg$

Таким образом, максимальная сила трения покоя (и она же сила трения скольжения) равна:

$F_{тр.макс} = \mu mg$

Рассчитаем ее значение:

$F_{тр.макс} = 0,3 \cdot 1 \text{ кг} \cdot 10 \frac{\text{м}}{\text{с}^2} = 3$ Н

Теперь проанализируем оба случая.

а) $F = 2$ Н

В этом случае приложенная горизонтальная сила $F = 2$ Н меньше, чем максимальная сила трения покоя $F_{тр.макс} = 3$ Н. Следовательно, приложенной силы недостаточно, чтобы сдвинуть брусок. Брусок останется в состоянии покоя. Согласно второму закону Ньютона, если тело покоится, сумма всех действующих на него сил равна нулю. Это означает, что сила трения покоя будет уравновешивать приложенную силу, то есть будет равна ей по модулю и противоположна по направлению.

$F_{тр.a} = F = 2$ Н

Ответ: 2 Н.

б) $F = 5$ Н?

В этом случае приложенная горизонтальная сила $F = 5$ Н больше, чем максимальная сила трения покоя $F_{тр.макс} = 3$ Н. Следовательно, приложенная сила преодолеет трение покоя, и брусок начнет двигаться (скользить) по столу. Когда тело движется, на него действует сила трения скольжения, величина которой постоянна и равна максимальной силе трения покоя (если коэффициент трения покоя равен коэффициенту трения скольжения, что обычно подразумевается в таких задачах).

$F_{тр.б} = F_{тр.макс} = 3$ Н

Ответ: 3 Н.