Global EE

Статика — Задание 26 ЕГЭ по физике №00041272

Задание №26. Механика. Задача с Обоснованием

Статика

№2. Задание 26

ID: 00041272

Лестница массой $m = 30$ кг удерживается в наклонном положении лёгкой нерастяжимой верёвкой. Верёвка привязана к лестнице в точке, отстоящей от верхнего конца лестницы на расстояние, равное $\dfrac{1}{3}$ длины лестницы. Найти модуль силы нормального давления $N$ лестницы на пол, если лестница составляет с полом угол $\alpha = 30^\circ$, а верёвка перпендикулярна лестнице. Центр тяжести лестницы находится посередине. Ускорение свободного падения принять равным $g = 10$ м/с². Обоснуйте применимость используемых законов к решению задачи.

Рисунок к заданию 26 ЕГЭ по физике — Статика

Источник: Global_EE

Решение

Обоснование

1. Введём инерциальную систему отсчёта (ИСО), связанную с Землёй.

2. Лестницу будем описывать моделью абсолютно твёрдого тела — его форма и размеры неизменны, расстояния между любыми двумя точками остаются неизменными. Так как лестница однородная, то её центр тяжести находится посередине.

3. Движение абсолютно твёрдого тела можно описать совокупностью движений — поступательного и вращательного. Поэтому для равновесия твёрдого тела в ИСО необходимо два условия: одно для поступательного движения, другое — для вращательного движения.

4. Сумма всех приложенных к твёрдому телу внешних сил равна нулю (условие равновесия твёрдого тела относительно поступательного движения). Также применимо правило моментов сил (условие равновесия твёрдого тела относительно вращательного движения).

5. По третьему закону Ньютона модуль искомой силы нормального давления лестницы на пол $N = N'$.

Решение

Рисунок к заданию 26 ЕГЭ по физике — Статика

Лестница находится в равновесии под действием сил, указанных на рисунке, где $m\vec{g}$ — сила тяжести, $\vec{T}$ — сила натяжения верёвки, $\vec{F}_{тр}$ — сила трения, $\vec{N}'$ — сила реакции пола.

Запишем правило моментов сил относительно оси, проходящей через точку $A$:

$T \cdot \dfrac{2}{3}l - mg \cdot \dfrac{1}{2}l\cos\alpha = 0,$

где $l$ — длина лестницы.

$T = \dfrac{3mg\cos\alpha}{4}$

Условие равновесия лестницы в проекции на вертикальную ось имеет вид:

$mg - N' - T\cos\alpha = 0$

$N' = mg - T\cos\alpha$

Подставим значение силы натяжения верёвки:

$N' = mg - \dfrac{3}{4}mg\cos^2\alpha = mg\left(1 - \dfrac{3}{4}\cos^2\alpha\right)$

С учётом пункта 5 обоснования получим:

$N = mg\left(1 - \dfrac{3}{4}\cos^2\alpha\right) = 30 \cdot 10 \cdot \left(1 - \dfrac{3}{4} \cdot \dfrac{3}{4}\right) = 131{,}25$ Н

Ответ:

$N = mg\left(1 - \dfrac{3}{4}\cos^2\alpha\right) = 131{,}25$ Н

Ответ

Ответ:

$N = mg\left(1 - \dfrac{3}{4}\cos^2\alpha\right) = 131{,}25$ Н