Номер 18.22, страница 62 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 18. Сила трения и сила сопротивления движению. Глава 2. Движение и взаимодействие тел - номер 18.22, страница 62.

18.22 [420] На транспортёре равномерно движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортёра и ящиком, когда ящик:

а) поднимается;

б) движется горизонтально;

в) опускается?

Сила трения покоя возникает между двумя телами в контакте и препятствует их относительному движению (проскальзыванию). Направление силы трения покоя противоположно направлению той силы или составляющей силы, которая пытается вызвать проскальзывание. Поскольку по условию задачи ящик движется равномерно, его ускорение равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). Согласно второму закону Ньютона, это означает, что векторная сумма всех сил, действующих на ящик, также равна нулю ($ \sum \vec{F} = 0 $).

На ящик действуют: сила тяжести ($ m\vec{g} $), направленная вертикально вниз; сила нормальной реакции опоры ($ \vec{N} $), направленная перпендикулярно ленте транспортёра; и сила трения покоя ($ \vec{F}_{тр} $), направленная параллельно ленте.

а) поднимается

Когда ящик равномерно поднимается по наклонной ленте транспортёра, на него действует составляющая силы тяжести, направленная вдоль наклонной плоскости вниз ($ F_{g\parallel} = mg \sin\alpha $, где $ \alpha $ — угол наклона транспортёра). Эта сила стремится стащить ящик вниз, то есть заставить его соскользнуть с ленты. Чтобы ящик не соскальзывал и двигался вверх вместе с лентой с постоянной скоростью, сила трения покоя должна уравновесить эту скатывающую силу. Следовательно, сила трения покоя направлена вверх по наклонной плоскости, то есть в ту же сторону, что и движение ящика. Из условия равновесия сил вдоль наклонной плоскости ($ F_{тр} - mg \sin\alpha = 0 $) следует, что сила трения $ \vec{F}_{тр} $ направлена вверх.

Ответ: Сила трения покоя направлена вверх по ленте транспортёра, в направлении движения ящика.

б) движется горизонтально

Когда ящик движется равномерно по горизонтальному транспортёру, сила тяжести и сила нормальной реакции опоры действуют по вертикали и уравновешивают друг друга. В горизонтальном направлении, если пренебречь сопротивлением воздуха, на ящик не действуют никакие силы, которые бы стремились изменить его скорость или вызвать проскальзывание относительно ленты. Поскольку движение равномерное, равнодействующая всех горизонтальных сил равна нулю. В таких идеальных условиях сила трения покоя не требуется для поддержания движения, и она равна нулю.

Однако, если учесть силу сопротивления воздуха, которая всегда направлена против движения, то для поддержания постоянной скорости эта сила должна быть скомпенсирована. В этом случае роль компенсирующей силы выполняет сила трения покоя, которая будет направлена вперёд, в сторону движения ящика. В рамках стандартных задач по физике, если иное не указано, сопротивлением воздуха пренебрегают.

Ответ: В идеальных условиях (без учёта сопротивления воздуха) сила трения покоя равна нулю. Если учесть сопротивление воздуха, сила трения покоя направлена в сторону движения.

в) опускается

Когда ящик равномерно опускается по наклонной ленте, составляющая силы тяжести ($ F_{g\parallel} = mg \sin\alpha $) так же направлена вниз по наклонной плоскости. Эта сила стремится ускорить ящик, то есть заставить его соскальзывать вниз по ленте быстрее, чем движется сама лента. Чтобы ящик двигался с постоянной скоростью и не проскальзывал, сила трения покоя должна препятствовать этому ускорению, то есть она должна быть направлена против скатывающей силы. Таким образом, сила трения покоя направлена вверх по наклонной плоскости, то есть против направления движения ящика. Из условия равновесия сил ($ mg \sin\alpha - F_{тр} = 0 $) следует, что сила трения $ \vec{F}_{тр} $ направлена вверх.

Ответ: Сила трения покоя направлена вверх по ленте транспортёра, против направления движения ящика.