Механика (нет в… — Задание 21 ЕГЭ по физике №00043143

Сначала разберёмся, что происходит. Груз массой $0{,}6$ кг стоит на столе. От него вертикально вверх идёт нить, она перекинута через неподвижный блок, а за правый конец нити тянут с силой $F$ под углом $45°$ к горизонту. Силу увеличивают от $0$ до $10$ Н, и нужно понять, как меняется сила реакции стола $N$ — то, с какой силой стол подпирает груз снизу.

Шаг 1 — натяжение нити. Нить лёгкая, блок идеальный (невесомый, без трения), поэтому сила натяжения во всей нити одна и та же: $T=F$. Блок только поворачивает силу: мы тянем вниз-вправо, а на груз нить действует вертикально вверх. Угол $45°$ влияет на то, как нагружена ось блока, но не на силу, которой нить тянет груз.

Шаг 2 — силы на груз, пока он на столе. Вниз действует сила тяжести $mg$, вверх — сила реакции стола $N$ и натяжение нити $T=F$. Груз покоится, его ускорение равно нулю, поэтому по второму закону Ньютона силы уравновешены: $$N+F=mg\quad\Rightarrow\quad N=mg-F.$$

Шаг 3 — подставим массу. Сила тяжести $mg=0{,}6\cdot10=6$ Н, значит, на этом участке $$N=6-F\ (\text{Н}).$$ При $F=0$ стол держит весь вес: $N=6$ Н. Сколько ньютонов добавляем к $F$, столько же уходит из $N$ — зависимость линейная, график — отрезок прямой.

Шаг 4 — момент отрыва. $N=0$ при $F=6$ Н: нить тянет груз вверх ровно с той же силой, с какой его тянет вниз Земля. Сила реакции не может стать отрицательной — стол умеет только подпирать груз, но не держать его.

Шаг 5 — после отрыва. При $F\gt6$ Н груз поднимается со стола и разгоняется вверх. Со столом он больше не соприкасается, поэтому $N=0$ на всём участке от $6$ до $10$ Н.

Строим график: отрезок прямой от точки $(0;\ 6\ \text{Н})$ до точки $(6\ \text{Н};\ 0)$, а дальше — горизонтальный отрезок вдоль оси $F$ до $F=10$ Н. Проверим себя серединой первого участка: при $F=3$ Н получаем $N=6-3=3$ Н, и в сумме $N+F=6$ Н — ровно вес груза, как и требует равновесие.