Номер 244, страница 37 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

244. Положите на стол стальной предмет (гвоздь, перо и т. д.). На достаточно большом расстоянии от него положите магнит и постепенно приближайте магнит к предмету. Почему, несмотря на то что сила притяжения по мере приближения магнита увеличивается, тело сначала остаётся в покое, а затем «рывком» притягивается к магниту?

Это явление объясняется взаимодействием магнитной силы притяжения и силы трения покоя. На стальной предмет, лежащий на столе, в горизонтальном направлении действуют две основные силы:

1. Магнитная сила притяжения ($F_{магн}$), направленная к магниту.
2. Сила трения ($F_{тр}$), направленная в противоположную сторону и препятствующая движению.

Рассмотрим процесс поэтапно:

1. Предмет в покое. Когда магнит находится далеко от стального предмета, магнитная сила $F_{магн}$ мала. Предмету мешает сдвинуться с места сила трения покоя $F_{тр.пок}$. Эта сила может изменять свое значение, но не может превышать некоторого максимального значения $F_{тр.пок.макс}$, которое определяется коэффициентом трения покоя между предметом и столом, а также весом предмета. Пока магнитная сила меньше или равна максимальной силе трения покоя ($F_{магн} \le F_{тр.пок.макс}$), предмет остается неподвижным. Сила трения покоя в этом случае равна по модулю и противоположна по направлению магнитной силе: $F_{тр.пок} = F_{магн}$.

2. Момент срыва. По мере приближения магнита, магнитная сила $F_{магн}$ возрастает (она обратно пропорциональна степени расстояния). В тот момент, когда магнитная сила становится чуть больше максимальной силы трения покоя ($F_{магн} > F_{тр.пок.макс}$), предмет срывается с места и начинает двигаться.

3. Причина "рывка". Резкое, скачкообразное движение ("рывок") происходит из-за двух ключевых факторов:

• Уменьшение силы трения: Как только предмет начинает движение, сила трения покоя сменяется силой трения скольжения ($F_{тр.ск}$). Как правило, сила трения скольжения меньше максимальной силы трения покоя ($F_{тр.ск} < F_{тр.пок.макс}$). Это означает, что в момент начала движения сила, противодействующая притяжению, резко уменьшается. В результате чистая сила, действующая на предмет ($F_{нетто} = F_{магн} - F_{тр.ск}$), скачком увеличивается, вызывая резкое ускорение.
• Лавинообразный рост силы притяжения: Магнитная сила очень быстро растет с уменьшением расстояния. Как только предмет начинает движение, расстояние до магнита сокращается, что приводит к еще большему увеличению силы притяжения. Это создает положительную обратную связь: движение усиливает силу, которая, в свою очередь, ускоряет движение.

Таким образом, сочетание резкого падения силы трения и быстрого роста силы притяжения при уменьшении расстояния и приводит к тому, что предмет притягивается к магниту не плавно, а резким "рывком".

Ответ: Тело сначала остается в покое, так как сила притяжения магнита уравновешивается силой трения покоя. "Рывок" происходит в тот момент, когда сила притяжения превышает максимальное значение силы трения покоя. В этот момент сила трения уменьшается (трение покоя сменяется трением скольжения), а сила притяжения начинает лавинообразно расти из-за сокращения расстояния, что и вызывает резкое ускорение предмета.