№313 ГДЗ Рымкевич 10-11 класс (Физика)
- Найти силу трения, действующую на груз массой $$m$$ (рис. 44), ускорение движения грузов и силу натяжения нити, если $$h=60\ \text{см}$$, $$l=1\ \text{м}$$, $$m=0{,}5\ \text{кг}$$, $$u=0{,}25$$. Решить задачу при следующих значениях массы груза $$M$$: а) $$0{,}1\ \text{кг}$$; б) $$0{,}25\ \text{кг}$$; в) $$0{,}3\ \text{кг}$$; г) $$0{,}35\ \text{кг}$$; д) $$0{,}5\ \text{кг}$$.
Найдём угол наклона плоскости:
$$\sin \alpha=\frac{h}{l}=\frac{0{,}6}{1}=0{,}6,\qquad \cos \alpha=\sqrt{1-\sin^2\alpha}=0{,}8.$$
Сила, с которой груз массой $$m$$ тянет нить вдоль плоскости:
$$F=mg\sin\alpha=0{,}5\cdot 10\cdot 0{,}6=3\ \text{Н}.$$
Максимальная сила трения скольжения:
$$F_{\text{тр max}}=\mu mg\cos\alpha=0{,}25\cdot 0{,}5\cdot 10\cdot 0{,}8=1\ \text{Н}.$$
Далее сравниваем $$mg\sin\alpha$$ и $$Mg$$.
Если $$mg\sin\alpha>Mg$$, то груз $$m$$ движется вниз, а сила трения направлена вверх. Тогда
$$a=\frac{g\left(m\sin\alpha-\mu m\cos\alpha-M\right)}{m+M},\qquad F_{\text{н}}=M(g+a).$$
Если $$mg\sin\alpha<Mg$$, то система покоится, $$a=0$$, а сила трения покоя равна разности сил:
$$F_{\text{тр}}=Mg-mg\sin\alpha,$$
при этом $$F_{\text{н}}=Mg.$$
Если $$mg\sin\alpha=Mg$$, то $$a=0$$ и $$F_{\text{тр}}=0.$$
Вычислим для каждого значения $$M$$:
а) $$M=0{,}1\ \text{кг}$$
$$3-10\cdot 0{,}1=2\ \text{Н}>F_{\text{тр max}},$$
значит, движение есть, и
$$a=\frac{10\left(0{,}5\cdot 0{,}6-0{,}25\cdot 0{,}5\cdot 0{,}8-0{,}1\right)}{0{,}5+0{,}1}=1{,}7\ \text{м/с}^2,$$
$$F_{\text{тр}}=1\ \text{Н},\qquad F_{\text{н}}=0{,}1(10+1{,}7)=1{,}2\ \text{Н}.$$
б) $$M=0{,}25\ \text{кг}$$
$$3-10\cdot 0{,}25=0{,}5\ \text{Н}<F_{\text{тр max}},$$
следовательно, система покоится:
$$a=0,\qquad F_{\text{тр}}=0{,}5\ \text{Н},\qquad F_{\text{н}}=2{,}5\ \text{Н}.$$
в) $$M=0{,}3\ \text{кг}$$
$$3-10\cdot 0{,}3=0,$$
значит,
$$a=0,\qquad F_{\text{тр}}=0,\qquad F_{\text{н}}=3\ \text{Н}.$$
г) $$M=0{,}35\ \text{кг}$$
$$3-10\cdot 0{,}35=-0{,}5\ \text{Н},$$
система покоится, а трение направлено вниз по плоскости:
$$a=0,\qquad F_{\text{тр}}=0{,}5\ \text{Н},\qquad F_{\text{н}}=3{,}5\ \text{Н}.$$
д) $$M=0{,}5\ \text{кг}$$
$$3-10\cdot 0{,}5=-2\ \text{Н},$$
значит, груз $$m$$ движется вниз, и
$$a=\frac{10\left(0{,}5\cdot 0{,}6-0{,}25\cdot 0{,}5\cdot 0{,}8-0{,}5\right)}{0{,}5+0{,}5}=1\ \text{м/с}^2,$$
$$F_{\text{тр}}=1\ \text{Н},\qquad F_{\text{н}}=0{,}5(10-1)=4{,}5\ \text{Н}.$$
Ответ: а) $$a=1{,}7\ \text{м/с}^2$$ вниз, $$F_{\text{тр}}=1\ \text{Н}$$ вверх, $$F_{\text{н}}=1{,}2\ \text{Н}$$; б) $$a=0$$, $$F_{\text{тр}}=0{,}5\ \text{Н}$$, $$F_{\text{н}}=2{,}5\ \text{Н}$$; в) $$a=0$$, $$F_{\text{тр}}=0$$, $$F_{\text{н}}=3\ \text{Н}$$; г) $$a=0$$, $$F_{\text{тр}}=0{,}5\ \text{Н}$$ вниз, $$F_{\text{н}}=3{,}5\ \text{Н}$$; д) $$a=1\ \text{м/с}^2$$ вверх, $$F_{\text{тр}}=1\ \text{Н}$$ вниз, $$F_{\text{н}}=4{,}5\ \text{Н}$$.

