26

Решение: Ускорение бруска при трении

ЕГЭ · Физика · Задание 26 · Динамика и гравитация
ВысокаяФИПИA0A0B3Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 8 шагов
Условие

На горизонтальном столе лежит деревянный брусок. Коэффициент трения между поверхностью стола и бруском $\mu = 0{,}1$. Если приложить к бруску силу, направленную вверх под углом $\alpha = 45^\circ$ к горизонту, то брусок будет двигаться по столу равномерно прямолинейно. С каким ускорением будет двигаться этот брусок по столу, если приложить к нему такую же по модулю силу, направленную вверх под углом $\beta = 30^\circ$ к горизонту? Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на брусок.

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

8 шагов
1

На брусок действуют сила тяжести $mg$, сила реакции опоры $N$, сила трения $F_{\text{тр}}$ и приложенная сила $F$. При движении вправо сила трения направлена влево.

2

Для первого случая вертикальная проекция приложенной силы уменьшает реакцию опоры:

$$N_1 = mg - F\sin\alpha$$
3

Так как движение равномерное, горизонтальная равнодействующая равна нулю:

$$F\cos\alpha = \mu N_1 = \mu\left(mg - F\sin\alpha\right)$$
4

Из этого условия найдём силу в расчёте на единицу массы:

$$\frac{F}{m} = \frac{\mu g}{\cos\alpha + \mu\sin\alpha}$$
5

Во втором случае реакция опоры и сила трения равны:

$$N_2 = mg - F\sin\beta, \qquad F_{\text{тр},2} = \mu\left(mg - F\sin\beta\right)$$
6

По второму закону Ньютона для горизонтального направления:

$$ma = F\cos\beta - \mu\left(mg - F\sin\beta\right)$$
7

Подставим выражение для $F/m$ и значения $\mu = 0{,}1$, $\alpha = 45^\circ$, $\beta = 30^\circ$:

$$a = g\left[\frac{\mu\left(\cos\beta + \mu\sin\beta\right)}{\cos\alpha + \mu\sin\alpha} - \mu\right]$$

Принимая $g = 10\ \text{м/с}^2$, получаем:

$$a = 10\left[\frac{0{,}1\left(\cos30^\circ + 0{,}1\sin30^\circ\right)}{\cos45^\circ + 0{,}1\sin45^\circ} - 0{,}1\right] \approx 0{,}18\ \text{м/с}^2$$
Ответ

Ускорение бруска направлено по движению и равно примерно $0{,}18\ \text{м/с}^2$.

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

Где здесь ошибаются

Считать силу трения равной $\mu mg$, не учитывая вертикальную составляющую приложенной силы.

Направить силу трения в ту же сторону, что и горизонтальную составляющую приложенной силы.

Использовать условие равновесия и для второго случая, хотя при угле $\beta = 30^\circ$ движение уже неравномерное.

Забыть, что сила реакции опоры равна $mg - F\sin\theta$, а не $mg$.

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 8 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.