ID: 00016061
На шероховатой наклонной плоскости, расположенной под углом к горизонту, лежит шайба массой m=500 г, коэффициент трения о поверхность \mu=0{,}7. Шайба начинает двигаться, если действовать на неё силой, равной F=1{,}7 Н, параллельной основанию. Найдите угол наклона плоскости. Какие законы Вы используете для описания движения шайбы? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Источник: ФИПИ
Шайба лежит на наклонной плоскости, и её толкают горизонтальной силой вдоль основания (вбок, поперёк линии ската). На шайбу в плоскости действуют две силы под прямым углом друг к другу: скатывающая вниз вдоль склона и приложенная сила вдоль основания. Шайба начинает скользить, когда их совместная «тянущая» равнодействующая дорастёт до максимального трения покоя. Из этого условия и найдём угол.
Шайба — материальная точка, в начальный момент покоится. Перпендикулярно плоскости реакция N=mg\cos\alpha (сила F горизонтальна и лежит в самой наклонной плоскости вдоль её основания, на прижатие не влияет). Максимальная сила трения покоя f_{\max}=\mu N=\mu mg\cos\alpha. В плоскости скатывающая сила mg\sin\alpha и приложенная F взаимно перпендикулярны, их равнодействующая \sqrt{(mg\sin\alpha)^2+F^2}. Скольжение начинается, когда она равна f_{\max}.
\sqrt{(mg\sin\alpha)^2+F^2}=\mu mg\cos\alpha. Подставим m=0{,}5 кг, \mu=0{,}7, F=1{,}7 Н, g=10 м/с². Левая часть при \alpha=30^\circ: \sqrt{(5\cdot0{,}5)^2+1{,}7^2}=\sqrt{6{,}25+2{,}89}=\sqrt{9{,}14}\approx3{,}02 Н. Правая: 0{,}7\cdot5\cdot\cos30^\circ=3{,}5\cdot0{,}866\approx3{,}03 Н. Части совпадают, значит \alpha=30^\circ.
Ответ: 30°.
30