Динамика — Задание 6 ЕГЭ по физике №00048397
Динамика
№2. Задание 6
ID: 00048397
Деревянный брусок под действием силы $\vec F$, приложенной под углом $\alpha$ к направлению движения, равномерно скользит по горизонтальной шероховатой поверхности. Как изменятся коэффициент трения скольжения и сила, прикладываемая к бруску, при увеличении его массы, если брусок продолжит двигаться равномерно? Угол $\alpha$ считать неизменным.
Коэффициент трения скольжения | Сила, прилагаемая к бруску |
|---|---|
|
|
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: ФИПИ
Решение
Брусок тянут силой $\vec F$, направленной под углом $\alpha$ к поверхности, и он скользит с постоянной скоростью. Брусок делают тяжелее, а угол оставляют прежним. Разберём обе величины.
Коэффициент трения скольжения. Он описывает, насколько «шершавы» друг для друга брусок и поверхность, и зависит только от материалов и обработки трущихся поверхностей. Брусок тот же деревянный, поверхность та же — коэффициент $\mu$ не изменится (цифра $3$).
Сила F. Брусок движется равномерно, значит, по первому закону Ньютона все силы уравновешены. Разложим $\vec F$ на две части: вдоль поверхности $F\cos\alpha$ и вверх $F\sin\alpha$.
По вертикали: сила реакции опоры $N$ и вертикальная часть $F\sin\alpha$ вместе держат вес бруска.
$$N+F\sin\alpha=mg\quad\Rightarrow\quad N=mg-F\sin\alpha.$$По горизонтали: тяга $F\cos\alpha$ уравновешивает трение скольжения $\mu N$.
$$F\cos\alpha=\mu(mg-F\sin\alpha).$$Перенесём слагаемые с $F$ в одну сторону:
$$F(\cos\alpha+\mu\sin\alpha)=\mu mg\quad\Rightarrow\quad F=\dfrac{\mu mg}{\cos\alpha+\mu\sin\alpha}.$$При неизменных $\mu$ и $\alpha$ знаменатель постоянен, а числитель пропорционален массе. Масса растёт — сила $F$ увеличится (цифра $1$).
Проверим себя. Представь, что брусок стал вдвое тяжелее. Если вдвое увеличить и силу $F$, то вдвое вырастут и её вертикальная часть, и сила давления $mg-F\sin\alpha$, и трение, и тяга $F\cos\alpha$ — равновесие сохранится. Значит, сила действительно растёт вместе с массой.
Ответ
Другие задания по теме «Динамика» (8)
- Задание 6 №00047665 — Ускорение свободного падения на поверхности некоторой сферической однородной…
- Задание 6 №00047558 — На рисунке изображены векторы, которые приложены к одному точечному телу.…
- Задание 6 №00047468 — Высота полёта по круговой орбите искусственного спутника над Землёй уменьшилась…
- Задание 6 №00047467 — Ускорение свободного падения на поверхности некоторой сферической однородной…
- Задание 6 №00047458 — Высота полёта искусственного спутника над Землёй уменьшилась с 450 до 350 км.…
- Задание 6 №00047456 — Тело массой m покоится на шероховатой наклонной плоскости, которая составляет…
- Задание 6 №00047454 — Спутник вращается вокруг Земли на расстоянии R. Масса спутника — m, а масса…
- Задание 6 №00047448 — От спутника за очень долгое время открепилась часть обшивки. В результате…