ID: 00016058
Тележка массой M=450 г связана нерастяжимой и невесомой нитью с грузом массой m. Если тележку толкнуть влево, то она будет двигаться с ускорением 2 м/с²; если толкнуть вправо, то её скорость будет постоянной. Найти массу груза m. Какие законы Вы используете для описания движения грузика и вагонетки? Обоснуйте их применение к данному случаю.

Источник: ФИПИ
Тележка на столе связана нитью через блок у края с висящим грузом m. Груз тянет тележку в сторону блока. Между тележкой и столом есть трение — а вот его коэффициент не дан, и в этом весь фокус: два разных опыта позволяют исключить трение. Когда тележка едет к блоку (груз опускается) с постоянной скоростью, силы уравновешены. Когда её толкнули в обратную сторону (груз поднимается), она тормозится с известным ускорением. Из двух уравнений найдём m.
Нить невесома и нерастяжима \Rightarrow натяжение одинаково, тележка и груз движутся с равным по модулю ускорением как одна система массой M+m. Сила трения скольжения f=\mu Mg постоянна по модулю и всегда направлена против движения тележки (на стол давит только тележка, груз висит). Тела — материальные точки. Применяем второй закон Ньютона к системе в двух случаях.
Тележка едет в сторону тяги груза с постоянной скоростью \Rightarrow силы уравновешены: тяга mg вперёд, трение f назад. mg=f.
Теперь тележка движется от блока, груз поднимается. Обе силы — тяга груза mg и трение f — направлены назад (против движения), система замедляется с a=2 м/с²: mg+f=(M+m)a. С учётом f=mg: 2mg=(M+m)a.
2mg=(M+m)a\;\Rightarrow\;2m\cdot10=(0{,}45+m)\cdot2\;\Rightarrow\;20m=0{,}9+2m\;\Rightarrow\;18m=0{,}9, откуда m=0{,}05 кг =50 г.
Ответ: 0,05 кг (50 г).
0,05