На наклонной плоскости с углом наклона 30° лежит небольшой брусок массой 1 кг. Коэффициент трения между бруском и поверхностью наклонной плоскости 0,8. Какую минимальную горизонтальную силу надо приложить к бруску, чтобы он начал скользить?
от

1 Ответ

Дано:  
- Угол наклона плоскости (α) = 30°  
- Масса бруска (m) = 1 кг  
- Коэффициент трения (μ) = 0,8  
- Ускорение свободного падения (g) = 9,81 м/с²  

Найти:  
- Минимальную горизонтальную силу (F), необходимую для того, чтобы брусок начал скользить.  

Решение:  
1. Определим силу тяжести (Fg), действующую на брусок:

Fg = m * g = 1 кг * 9,81 м/с² = 9,81 Н.

2. Разложим силу тяжести на компоненты:

- Компонента силы тяжести, направленная вниз по наклонной плоскости:

Fg,п = Fg * sin(α) = 9,81 Н * sin(30°) = 9,81 Н * 0,5 = 4,905 Н.

- Нормальная сила, действующая перпендикулярно плоскости:

N = Fg * cos(α) = 9,81 Н * cos(30°) = 9,81 Н * (√3 / 2) ≈ 9,81 Н * 0,866 = 8,49 Н.

3. Теперь найдем силу трения (Fтр):

Fтр = μ * N = 0,8 * 8,49 Н = 6,792 Н.

4. Суммарная сила, которую нужно преодолеть, чтобы брусок начал скользить, будет равна сумме компоненты силы тяжести, направленной вниз по плоскости, и силы трения:

Fнужная = Fg,п + Fтр.

Подставляем известные значения:

Fнужная = 4,905 Н + 6,792 Н = 11,697 Н.

5. Теперь найдем минимальную горизонтальную силу (F), учитывая угол наклона:

Для того чтобы понять, какую силу нужно приложить горизонтально, учтем, что эта сила также воздействует на нормальную силу.

Так как

N = Fg * cos(α) + F * sin(α),

то мы можем переписать уравнение:

Fнужная = F * cos(α) + Fг,п.

6. Применяем формулы к нашему уравнению:

Fнужная = F * cos(30°) + 4,905 Н.

Подставим значение:

11,697 Н = F * (√3 / 2) + 4,905 Н.

7. Выразим F:

F * (√3 / 2) = 11,697 Н - 4,905 Н
F * (√3 / 2) = 6,792 Н.

8. Найдем F:

F = 6,792 Н / (√3 / 2) = 6,792 Н * (2 / √3) ≈ 6,792 Н * 1,155 = 7,84 Н.

Ответ:  
Минимальная горизонтальная сила, необходимая для того, чтобы брусок массой 1 кг начал скользить по наклонной плоскости с углом наклона 30°, составляет примерно 7,84 Н.
от