Динамика — Задание 22 ЕГЭ по физике №00041155
Динамика
№2. Задание 22
ID: 00041155
На доску массой $M = 15$ кг, лежащую на гладкой поверхности, положили брусок массой $m = 3$ кг. Какую максимальную горизонтальную силу можно приложить к доске, чтобы брусок оставался в покое? Коэффициент трения между доской и бруском $\mu = 0{,}4$.
Источник: Global_EE
Решение
Дано:
$M = 15$ кг
$m = 3$ кг
$\mu = 0{,}4$
$g = 10$ м/с²
Найти: $F$
1. Брусок не скользит по доске, значит они движутся как одно целое и их ускорения равны: $a_1 = a_2 = a$.
2. Записываем второй закон Ньютона для бруска. На него действуют сила реакции опоры $\vec{N_1}$, сила трения $\vec{F}_{\text{тр}}$ со стороны доски и сила тяжести $m\vec{g}$:
$\vec{N_1} + \vec{F}_{\text{тр}} + m\vec{g} = m\vec{a}$
3. Проецируем на оси:
$Oy: ; N_1 - mg = 0 ; \Rightarrow ; N_1 = mg$
$Ox: ; F_{\text{тр}} = ma$
Обрати внимание: брусок разгоняет именно сила трения — больше по горизонтали к нему ничего не приложено.
4. Рассматриваем критический момент, когда ускорение максимально: брусок ещё не скользит, но сила трения покоя достигла своего потолка:
$F_{\text{тр}} = \mu N_1 = \mu mg$
5. Подставляем это в уравнение проекции на ось $Ox$:
$\mu mg = ma ; \Rightarrow ; a = \mu g$
Это максимальное ускорение, при котором брусок ещё удерживается на доске.
6. Теперь записываем второй закон Ньютона для системы «доска + брусок». Внутренние силы взаимодействия между ними взаимно уничтожаются, поверхность под доской гладкая, поэтому по горизонтали остаётся только внешняя сила $F$:
$F = (m + M)a = (m + M)\mu g$
7. Подставляем числа:
$F = (3 + 15) \cdot 0{,}4 \cdot 10 = 72$ Н
Ответ: $F = (m + M)\mu g = 72$ Н
Ответ
Ответ: $F = (m + M)\mu g = 72$ Н
Другие задания по теме «Динамика» (8)
- Задание 22 №00048499 — Брусок массой 0,5 кг движется по горизонтальной плоскости прямолинейно с…
- Задание 22 №00048498 — Брусок движется по горизонтальной плоскости прямолинейно с постоянным…
- Задание 22 №00048497 — Груз, лежащий на столе, связан лёгкой нерастяжимой нитью, переброшенной через…
- Задание 22 №00048494 — Брусок массой 2 кг движется по горизонтальному столу. На тело действует сила…
- Задание 22 №00048156 — Груз массой 1 кг, находящийся на столе, связан лёгкой нерастяжимой нитью,…
- Задание 22 №00048155 — Одинаковые бруски, связанные нитью, движутся под действием внешней силы вектор…
- Задание 22 №00048153 — На рисунке изображена механическая система, состоящая из двух идеальных блоков,…
- Задание 22 №00048152 — В механической системе, изображённой на рисунке, невесомая и нерастяжимая нить…