РУҚА
26

Решение: Движение бруска и груза

ЕГЭ · Физика · Задание 26 · Динамика и гравитация
ВысокаяФИПИ24D9C3Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

На горизонтальном столе находится брусок массой $M = 1\ \text{кг}$, соединённый невесомой нерастяжимой нитью, перекинутой через гладкий невесомый блок, с грузом массой $m = 500\ \text{г}$. На брусок действует сила величиной $F = 9\ \text{Н}$, направленная под углом $\alpha = 30^\circ$ к горизонту. В момент начала движения груз находится на расстоянии $L = 40\ \text{см}$ от края стола. Через какое время $t$ груз поднимется до края стола, если коэффициент трения между бруском и столом $\mu = 0{,}3$? Сделайте схематический рисунок с указанием сил, действующих на брусок и груз. Трением в оси блока и трением о воздух пренебречь. Обоснуйте применимость законов, используемых для решения задачи.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

На брусок действуют сила тяжести $Mg$, реакция опоры $N$, сила натяжения нити $T$, сила трения $f$ и сила $F$. На груз действуют сила тяжести $mg$ и сила натяжения нити $T$. Законы Ньютона применимы, поскольку тела движутся поступательно, нить нерастяжима, блок гладкий и невесомый.

2

Вертикальная составляющая силы $F$ направлена вверх, поэтому реакция стола равна:

$$N = Mg - F\sin\alpha = 1\cdot 10 - 9\sin 30^\circ = 5{,}5\ \text{Н}$$
3

Сила трения равна:

$$f = \mu N = 0{,}3\cdot 5{,}5 = 1{,}65\ \text{Н}$$
4

Проверим направление движения. Если брусок движется вправо, груз движется вниз. Для всей системы внешняя результирующая сила вдоль направления движения равна:

$$F_{\text{рез}} = F\cos\alpha - f - mg = 9\cos30^\circ - 1{,}65 - 0{,}5\cdot10 \approx 1{,}14\ \text{Н}$$
5

Так как результирующая сила положительна, система действительно начинает двигаться вправо, а груз — вниз. Ускорение системы:

$$a = \frac{F\cos\alpha - f - mg}{M+m} = \frac{1{,}14}{1{,}5} \approx 0{,}76\ \text{м/с}^2$$

Следовательно, при заданном направлении силы груз не поднимается к краю стола, а удаляется от него. Поэтому время подъёма груза до края определить нельзя: такое событие при данных условиях не происходит.

Ответ

Груз не поднимется до края стола: система начинает двигаться так, что брусок перемещается вправо, а груз опускается. Время подъёма не существует.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что груз поднимается, не проверив направление результирующей силы.

Использовать $N = Mg$ вместо $N = Mg - F\sin\alpha$.

Направить силу трения в сторону движения бруска.

Подставить расстояние $L$ в формулу равноускоренного движения до проверки направления движения.

Закрепить приёмВ теме «Динамика и гравитация» ещё 238 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 26 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Динамика и гравитация»: в ней 239 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.