Номер 23, страница 104, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 11. Силы трения - номер 23, страница 104.

Условие.

23. Кирпич массой 4 кг лежит на столе. Коэффициент трения между кирпичом и столом равен 0,4. Чему будет равна действующая на кирпич сила трения, если к нему приложить горизонтально направленную силу, равную 5 Н? 10 Н? 20 Н?

Решение.

Дано:

Масса кирпича, $m = 4$ кг
Коэффициент трения, $\mu = 0,4$
Ускорение свободного падения, $g \approx 10$ м/с²
Приложенные силы: $F_1 = 5$ Н, $F_2 = 10$ Н, $F_3 = 20$ Н

Найти:

Силу трения $F_{тр}$ для каждого из трех случаев.

Решение:

Сила трения зависит от того, движется тело или находится в состоянии покоя. Сначала необходимо вычислить максимальную силу трения покоя, которая возникает перед началом движения.

Кирпич лежит на горизонтальной поверхности, поэтому сила нормальной реакции опоры $\text{N}$ равна по модулю силе тяжести $mg$:
$N = mg$

Максимальная сила трения покоя ($F_{тр.макс}$), которая в данном случае равна силе трения скольжения ($F_{тр.ск}$), вычисляется по формуле:
$F_{тр.макс} = \mu \cdot N = \mu \cdot mg$

Рассчитаем ее значение:
$F_{тр.макс} = 0,4 \cdot 4 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с²} = 16 \text{ Н}$

Теперь проанализируем каждый случай.

5 Н
Приложенная сила $F_1 = 5$ Н. Так как $F_1 < F_{тр.макс}$ ($5 \text{ Н} < 16 \text{ Н}$), кирпич находится в состоянии покоя. Сила трения покоя равна по модулю приложенной силе.
$F_{тр} = F_1 = 5 \text{ Н}$

Ответ: 5 Н.

10 Н
Приложенная сила $F_2 = 10$ Н. Так как $F_2 < F_{тр.макс}$ ($10 \text{ Н} < 16 \text{ Н}$), кирпич по-прежнему находится в состоянии покоя. Сила трения покоя равна по модулю приложенной силе.
$F_{тр} = F_2 = 10 \text{ Н}$

Ответ: 10 Н.

20 Н
Приложенная сила $F_3 = 20$ Н. Так как $F_3 > F_{тр.макс}$ ($20 \text{ Н} > 16 \text{ Н}$), приложенная сила превышает максимальную силу трения покоя, и кирпич начинает скользить по столу. В этом случае на кирпич действует сила трения скольжения, равная максимальной силе трения покоя.
$F_{тр} = F_{тр.ск} = \mu \cdot mg = 16 \text{ Н}$

Ответ: 16 Н.