Динамика — Задание 22 ЕГЭ по физике №00041191
Динамика
№2. Задание 22
ID: 00041191
Брусок массой $M = 4$ кг находится на гладкой горизонтальной поверхности, по которой он может двигаться без трения. На бруске лежит кубик массой $m = 1$ кг, к которому приложена горизонтальная сила $F$. При каком значении этой силы кубик начнёт скользить по бруску? Коэффициент трения между кубиком и бруском $\mu = 0{,}5$. Ускорение свободного падения принять равным $g = 10$ м/с$^2$.
Источник: ВМК МГУ
Решение
Дано: $M = 4$ кг, $m = 1$ кг, $\mu = 0{,}5$, $g = 10$ м/с$^2$. Найти: $F$.
Пусть скольжение кубика по бруску отсутствует — тогда оба тела движутся как одно целое с общим ускорением $a$.
На кубик действуют: сила $\vec{F}$, сила тяжести $m\vec{g}$, реакция опоры со стороны бруска $\vec{N}m$ и сила трения $\vec{F}{тр}$, направленная против $\vec{F}$.
На брусок со стороны кубика действует такая же по модулю сила трения (третий закон Ньютона), но направленная вперёд, — именно она и разгоняет брусок, ведь пол гладкий.
Второй закон Ньютона для каждого тела:
$\begin{cases} m\vec{a} = \vec{F} + \vec{F}_{тр} + \vec{N}m + m\vec{g} \ M\vec{a} = \vec{F}{тр} + M\vec{g} + \vec{N}_M + \vec{P}_m \end{cases}$
В проекции на горизонтальную ось:
$\begin{cases} ma = F - F_{тр} \ Ma = F_{тр} \end{cases}$
Сложим уравнения — силы трения взаимно уничтожаются:
$F = (m + M)a$
Пока проскальзывания нет, работает сила трения покоя, а она не может превысить максимального значения:
$F_{тр} \le \mu m g$
Из второго уравнения системы $F_{тр} = Ma$, значит максимальное ускорение, которое трение способно сообщить бруску:
$a_{max} = \dfrac{\mu m g}{M}$
Как только требуемое ускорение превысит это значение, трение перестанет «удерживать» кубик и он поедет по бруску:
$a > a_{max}$
$F > (m + M)a_{max} = (m + M)\dfrac{\mu m g}{M}$
Подставим числа:
$F > (1 + 4) \cdot \dfrac{0{,}5 \cdot 1 \cdot 10}{4} = 5 \cdot 1{,}25 = 6{,}25$ Н
Ответ: $F = (m + M)\dfrac{\mu m g}{M} = 6{,}25$ Н
Ответ
Ответ: $F = (m + M)\dfrac{\mu m g}{M} = 6{,}25$ 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…