Номер 27, страница 105, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 11. Силы трения - номер 27, страница 105.

Условие.

27. На столе лежит лист бумаги, а на листе лежит брусок. Если потянуть лист с небольшим ускорением, то брусок будет перемещаться вместе с листом как одно тело, а если резко дёрнуть лист, то его можно вытащить из-под бруска. Объясните, почему так происходит.

Решение.

Решение

Данное явление объясняется на основе понятий инерции и силы трения.

Между бруском и листом бумаги существует сила трения. Эта сила является единственной горизонтальной силой, которая может привести брусок в движение вместе с листом. Согласно второму закону Ньютона, ускорение $\text{a}$, которое сила трения $F_{тр}$ может сообщить бруску массой $\text{m}$, определяется соотношением $F_{тр} = m \cdot a$.

Сила трения имеет максимальное значение, называемое максимальной силой трения покоя ($F_{тр.покоя.макс}$). Это означает, что существует максимальное ускорение $a_{макс}$, которое трение может сообщить бруску: $a_{макс} = \frac{F_{тр.покоя.макс}}{m}$.

Рассмотрим два случая:

1. Когда лист тянут с небольшим ускорением $a_{листа}$. Если это ускорение меньше или равно максимальному возможному ускорению бруска ($a_{листа} \le a_{макс}$), то силы трения покоя достаточно, чтобы брусок двигался вместе с листом без проскальзывания. Брусок и лист перемещаются как единое целое.

2. Когда лист резко дёргают. В этом случае листу сообщается очень большое ускорение $a_{листа}$, которое превышает $a_{макс}$. Сила трения покоя не в состоянии сообщить бруску такое же большое ускорение. В результате лист начинает проскальзывать под бруском. Брусок же, в силу своей инерции (свойства тела сохранять состояние покоя), стремится остаться на месте. Поскольку лист выдёргивается очень быстро, сила трения (в данном случае уже сила трения скольжения) действует на брусок очень короткое время и не успевает сообщить ему заметную скорость. Поэтому брусок практически не смещается со своего первоначального положения на столе.

Ответ: При медленном движении сила трения покоя между листом и бруском достаточна для того, чтобы они двигались вместе как одно тело. При резком рывке ускорение листа становится настолько большим, что сила трения не может удержать брусок. Из-за инерции брусок стремится сохранить своё состояние покоя и остаётся на месте, в то время как лист выскальзывает из-под него.