Номер 5, страница 100, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава II. Динамика. Параграф 11. Силы трения - номер 5, страница 100.

Условие.

5. На столе лежит брусок массой 400 г. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,25.

а) Чему равна максимальная сила трения покоя между бруском и столом?

б) Сдвинется ли брусок, если приложить к нему горизонтальную силу, равную 0,5 Н? 1 Н? 2 Н?

Решение.

Дано:

$m = 400 \ г = 0,4 \ кг$

$\mu = 0,25$

$g \approx 10 \ Н/кг$

$F_{прил1} = 0,5 \ Н$

$F_{прил2} = 1 \ Н$

$F_{прил3} = 2 \ Н$

Найти:

а) $F_{тр.пок.макс} - ?$

б) Сдвинется ли брусок при приложении сил $F_{прил1}, F_{прил2}, F_{прил3}$?

Решение:

а) Чему равна максимальная сила трения покоя между бруском и столом?

Максимальная сила трения покоя $F_{тр.пок.макс}$ (или сила трения скольжения) вычисляется по формуле:

$F_{тр.пок.макс} = \mu \cdot N$

где $\mu$ – коэффициент трения, а $\text{N}$ – сила нормальной реакции опоры. Поскольку брусок лежит на горизонтальном столе, сила нормальной реакции опоры по модулю равна силе тяжести, действующей на брусок:

$N = F_{тяж} = m \cdot g$

где $\text{m}$ – масса бруска, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Подставим значения и рассчитаем:

$N = 0,4 \ кг \cdot 10 \ Н/кг = 4 \ Н$

Теперь можем найти максимальную силу трения покоя:

$F_{тр.пок.макс} = 0,25 \cdot 4 \ Н = 1 \ Н$

Ответ: максимальная сила трения покоя равна 1 Н.

б) Сдвинется ли брусок, если приложить к нему горизонтальную силу, равную 0,5 Н? 1 Н? 2 Н?

Брусок начнет движение только в том случае, если приложенная к нему горизонтальная сила $F_{прил}$ будет больше максимальной силы трения покоя $F_{тр.пок.макс}$. Если приложенная сила меньше или равна максимальной силе трения покоя ($F_{прил} \le F_{тр.пок.макс}$), брусок будет оставаться в состоянии покоя.

Из пункта а) мы знаем, что $F_{тр.пок.макс} = 1 \ Н$. Сравним приложенные силы с этой величиной.

1. Приложена сила $F_{прил1} = 0,5 \ Н$.

Поскольку $0,5 \ Н < 1 \ Н$ ($F_{прил1} < F_{тр.пок.макс}$), брусок не сдвинется с места. Сила трения покоя будет равна приложенной силе и составит 0,5 Н.

2. Приложена сила $F_{прил2} = 1 \ Н$.

Поскольку $1 \ Н = 1 \ Н$ ($F_{прил2} = F_{тр.пок.макс}$), приложенная сила равна максимальной силе трения покоя. Брусок находится в состоянии предельного равновесия (на грани скольжения), но для начала движения этого недостаточно. Следовательно, брусок не сдвинется.

3. Приложена сила $F_{прил3} = 2 \ Н$.

Поскольку $2 \ Н > 1 \ Н$ ($F_{прил3} > F_{тр.пок.макс}$), приложенная сила преодолеет максимальную силу трения покоя, и брусок начнет двигаться.

Ответ: при силе 0,5 Н брусок не сдвинется; при силе 1 Н брусок не сдвинется; при силе 2 Н брусок сдвинется.