Номер 22, страница 47 - гдз по физике 11 класс самостоятельные и контрольные работы Ерюткин, Ерюткина

Авторы: Ерюткин Е. С., Ерюткина С. Г.
Тип: Самостоятельные и контрольные работы
Серия: классический курс
Издательство: Просвещение
Год издания: 2020 - 2025
Уровень обучения: базовый и углублённый
Цвет обложки: фиолетовый
ISBN: 978-5-09-097-598-8
Популярные ГДЗ в 11 классе
Динамика. Задачи для повторения - номер 22, страница 47.
№22 (с. 47)
Условие. №22 (с. 47)
скриншот условия

22. На наклонной плоскости находится брусок массой 500 г. Его удерживают в состоянии покоя нитью, направленной вдоль наклонной плоскости. Если тянуть груз с силой 4 H, то брусок будет равномерно подниматься. Если тянуть с силой 2 H, то брусок будет двигаться равномерно вниз. Определите коэффициент трения.
Решение. №22 (с. 47)
Дано:
$m = 500 \text{ г} = 0.5 \text{ кг}$
$F_1 = 4 \text{ Н}$ (сила при движении вверх)
$F_2 = 2 \text{ Н}$ (сила при движении вниз)
Примем ускорение свободного падения $g \approx 10 \text{ м/с}^2$.
Найти:
$\mu$ - ?
Решение:
Пусть угол наклона плоскости к горизонту равен $\alpha$. Введем систему координат, где ось OX направлена вдоль наклонной плоскости вверх, а ось OY – перпендикулярно ей.
На брусок действуют следующие силы: сила тяжести $mg$, направленная вертикально вниз; сила нормальной реакции опоры $N$, направленная перпендикулярно плоскости; внешняя сила $F$, приложенная вдоль плоскости; сила трения скольжения $F_{тр}$.
В обоих случаях движение равномерное, следовательно, ускорение $a=0$, и по второму закону Ньютона, сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю.
Запишем уравнения в проекциях на оси координат.
Проекция на ось OY одинакова для обоих случаев:
$N - mg \cos(\alpha) = 0$, откуда $N = mg \cos(\alpha)$.
Сила трения скольжения равна $F_{тр} = \mu N = \mu mg \cos(\alpha)$.
1. Случай равномерного подъема бруска вверх.
Сила $F_1$ направлена вверх по склону. Брусок движется вверх, значит, сила трения $F_{тр}$ и проекция силы тяжести $mg \sin(\alpha)$ направлены вниз по склону. Уравнение в проекции на ось OX:
$F_1 - mg \sin(\alpha) - F_{тр} = 0$
Подставим известные значения и выражение для силы трения:
$4 - mg \sin(\alpha) - \mu mg \cos(\alpha) = 0$
$4 = mg \sin(\alpha) + \mu mg \cos(\alpha) \quad (1)$
2. Случай равномерного движения бруска вниз.
Сила $F_2$ по-прежнему направлена вверх по склону (нить тянет брусок). Брусок движется вниз, поэтому сила трения $F_{тр}$ направлена вверх. Проекция силы тяжести $mg \sin(\alpha)$ направлена вниз. Уравнение в проекции на ось OX:
$F_2 + F_{тр} - mg \sin(\alpha) = 0$
Подставим известные значения и выражение для силы трения:
$2 + \mu mg \cos(\alpha) - mg \sin(\alpha) = 0$
$mg \sin(\alpha) = 2 + \mu mg \cos(\alpha) \quad (2)$
Получили систему из двух уравнений (1) и (2). Подставим выражение для $mg \sin(\alpha)$ из уравнения (2) в уравнение (1):
$4 = (2 + \mu mg \cos(\alpha)) + \mu mg \cos(\alpha)$
$4 = 2 + 2\mu mg \cos(\alpha)$
$2 = 2\mu mg \cos(\alpha)$
$\mu mg \cos(\alpha) = 1 \quad (3)$
Теперь подставим полученный результат (3) обратно в уравнение (2):
$mg \sin(\alpha) = 2 + 1$
$mg \sin(\alpha) = 3 \quad (4)$
Теперь у нас есть два простых уравнения, (3) и (4). Разделим уравнение (4) на (3):
$\frac{mg \sin(\alpha)}{\mu mg \cos(\alpha)} = \frac{3}{1}$
$\frac{\tan(\alpha)}{\mu} = 3 \Rightarrow \tan(\alpha) = 3\mu$
Для нахождения $\mu$ воспользуемся основным тригонометрическим тождеством $\sin^2(\alpha) + \cos^2(\alpha) = 1$.
Вычислим силу тяжести: $mg = 0.5 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 = 5 \text{ Н}$.
Из уравнений (3) и (4):
$\sin(\alpha) = \frac{3}{mg} = \frac{3}{5} = 0.6$
$\cos(\alpha) = \frac{1}{\mu mg} = \frac{1}{5\mu}$
Подставим в тождество:
$(0.6)^2 + (\frac{1}{5\mu})^2 = 1$
$0.36 + \frac{1}{25\mu^2} = 1$
$\frac{1}{25\mu^2} = 1 - 0.36$
$\frac{1}{25\mu^2} = 0.64$
$1 = 0.64 \cdot 25\mu^2$
$1 = 16\mu^2$
$\mu^2 = \frac{1}{16}$
$\mu = \sqrt{\frac{1}{16}} = 0.25$
Ответ: 0.25.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 11 класс, для упражнения номер 22 расположенного на странице 47 к самостоятельным и контрольным работам серии классический курс 2020 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №22 (с. 47), авторов: Ерюткин (Евгений Сергеевич), Ерюткина (Светлана Григорьевна), ФГОС (старый) базовый и углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.