ID: 00041189
В школьном опыте брусок, помещённый на горизонтальный диск, вращается вместе с ним с некоторой угловой скоростью. В ходе опыта угловую скорость диска увеличили. При этом положение бруска на диске осталось прежним. Как изменились при этом линейная скорость и сила трения между бруском и опорой? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличилась
2. уменьшилась
3. не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Линейная скорость | Сила трения между бруском и опорой |
|---|---|
Источник: Демидова 2020
Линейная скорость.
$v = \omega R$
где $\omega$ — угловая скорость, $R$ — радиус вращения. Положение бруска на диске не изменилось, значит $R$ прежний, а $\omega$ увеличили. Следовательно, линейная скорость увеличилась.
Сила трения.
Брусок вращается вместе с диском, то есть не скользит по нему. Значит, на брусок действует сила трения покоя, и направлена она к центру траектории — именно она удерживает брусок на окружности.
Второй закон Ньютона:
$m\vec{a} = \vec{N} + m\vec{g} + \vec{F}_{тр}$
Здесь $m$ — масса бруска, $N$ — сила реакции опоры (перпендикулярна поверхности диска), $a$ — центростремительное ускорение.
Центростремительное ускорение через угловую скорость:
$a = \omega^2 R$
Проецируем второй закон Ньютона на ось, направленную к центру (сила тяжести и реакция опоры вертикальны и в эту проекцию не входят):
$F_{тр} = m \omega^2 R$
Радиус прежний, масса прежняя, $\omega$ увеличили — значит сила трения увеличилась.
Ответ: 11