Номер 316, страница 46 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Сила трения - номер 316, страница 46.

Условие.

► 316. Положите на стол стальной предмет (гвоздь, скрепку и т. п.). На достаточно большом расстоянии от него поместите магнит и постепенно приближайте его 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?

Решение.

Это явление объясняется взаимодействием двух сил, действующих на стальной предмет в горизонтальном направлении: силы магнитного притяжения и силы трения.

1. Пока предмет неподвижен, на него действует сила трения покоя ($F_{тр.покоя}$). Эта сила всегда равна по модулю и противоположна по направлению внешней силе, пытающейся сдвинуть тело. Сила трения покоя может увеличиваться, но только до определенного максимального значения ($F_{тр.покоя.макс}$).

2. Когда магнит находится далеко, сила его притяжения ($F_{магн}$) мала. Она меньше максимальной силы трения покоя. Поэтому сила трения покоя уравновешивает магнитную силу ($F_{тр.покоя} = F_{магн}$), и предмет остается на месте. По мере приближения магнита $F_{магн}$ растет, и вместе с ней растет и $F_{тр.покоя}$.

3. В тот момент, когда сила магнитного притяжения становится чуть больше максимальной силы трения покоя ($F_{магн} > F_{тр.покоя.макс}$), предмет срывается с места и начинает двигаться.

4. Как только предмет приходит в движение, сила трения покоя сменяется силой трения скольжения ($F_{тр.скольжения}$). Важнейшим фактом является то, что сила трения скольжения всегда меньше максимальной силы трения покоя ($F_{тр.скольжения} < F_{тр.покоя.макс}$).

5. Из-за того, что в момент начала движения сила трения скачкообразно уменьшается, а притягивающая магнитная сила остается прежней (и уже превосходит $F_{тр.покоя.макс}$), равнодействующая сила ($F_{рез} = F_{магн} - F_{тр.скольжения}$) резко возрастает. Согласно второму закону Ньютона, это приводит к большому ускорению, которое мы воспринимаем как «рывок».

Ответ: Предмет сначала остается в покое, так как возрастающую силу притяжения магнита уравновешивает сила трения покоя. Рывок происходит в момент, когда сила притяжения превышает максимальную силу трения покоя, и предмет начинает движение. В этот момент сила трения покоя сменяется меньшей по величине силой трения скольжения, что вызывает резкое увеличение результирующей силы и, следовательно, ускорения предмета.