ID: 00008504
На горизонтальной плоскости находится брусок массой 1 кг. Если к бруску прикладывают горизонтальную силу $F$ = 10 Н, как показано на рисунке $a$ , то он движется по плоскости с ускорением. Коэффициент трения между поверхностью бруска и плоскостью равен 0,5.
Как изменятся следующие физические величины, если, не изменяя модуля силы, изменить ее направление так, как показано на рисунке $б$ : работа силы $F$ при перемещении бруска на расстояние 10 м; вес бруска?
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
Разберём, как изменятся вес бруска и работа силы $F$, когда силу прикладывают под углом (ситуация «после») вместо горизонтального направления (ситуация «до»).
Вес бруска по модулю равен силе реакции опоры $N$. В ситуации «до» сила $F$ горизонтальна, поэтому по вертикали: $$N = Mg$$ и вес $P = Mg$.
В ситуации «после» сила $F$ направлена под углом $\alpha$ к горизонту, её вертикальная составляющая $F\sin\alpha$ тянет брусок вверх. Уравнение по вертикали даёт: $$N = Mg - F\sin\alpha$$
Значит, вес $P' = Mg - F\sin\alpha$ меньше прежнего $Mg$ — вес уменьшился.
Теперь работа силы $F$ на одном и том же перемещении $S$. В ситуации «до» сила направлена вдоль перемещения ($\cos 0° = 1$): $$A_1 = F S \cos 0° = F S$$
В ситуации «после» сила под углом $30°$ к перемещению: $$A_2 = F S \cos 30° = F S \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0{,}87\, F S$$
Поскольку $\cos 30° \lt 1$, работа $A_2 \lt A_1$ — работа силы $F$ уменьшилась.
Итак, и вес бруска, и работа силы $F$ уменьшаются.