На горизонтальной шероховатой поверхности стола с коэффициентом трения μ=0,6 лежит брусок массой M=3 кг. К нему с помощью невесомой нерастяжимой нити, перекинутой через идеальный блок, прикреплен груз массой m=1,5 кг. Изначально система покоится. К бруску под углом α=30∘ относительно поверхности стола прикладывают силу F=32 Н, под действием которой брусок с грузом приходят в движение. Скорость груза к моменту, когда он поднимется до края стола, равна 0,8 м/с. Определите расстояние L, на котором находился груз от края стола. Какие физические законы Вы использовали при решении задачи? Обоснуйте их применение в данном случае.
Решение
∣a1∣=∣a2∣=a(∗) ∣T1∣=∣T2∣=T(∗∗) По второму закону Ньютона для тел в проекциях на оси: Oy:T−mg=ma⇒T=mg+ma(1) Oy:N−Mg+Fsinα=0⇒N=Mg−Fsinα(2) Ox:Fcosα−Fтр−T=Ma(3) Сила трения: Fтр=μN(4) Объединим выражения (1)-(4): Fcosα−μMg+μFsinα−mg=ma+Ma a(m+M)=F(cosα+μsinα)−μMg−mg Ускорение груза: a=m+MF(cosα+μsinα)−μMg−mg=1,5+332(cos30∘+0,6sin30∘)−0,6⋅3⋅10−1,5⋅10=0,958м/с2 Проекция перемещения: Sy=2ayvy2−v0y2⇒L=2av2−02=2⋅0,9580,82=0,334м Ответ: 0,334 м
Обоснование: 1) Рассмотрим систему отсчета, связанную с Землей. Будем считать ее инерциальной (ИСО). 2) Т.к. оба тела движутся поступательно, используем для них модель материальной точки. 3) Распишем в ИСО для материальных точек 2-й закон Ньютона. 4) Т.к. нить нерастяжима, ускорения 1-го и 2-го тел будут одинаковыми по модулю (*). 5) Т.к. нить невесома, а блок идеален, силы натяжения нити, действующие на первое и второе тела будут одинаковы по модулю (**).