Санки можно удержать на шероховатой ледяной горке минимальной силой 60 Н, направленной вдоль поверхности горки, а предоставленные сами себе, они скатываются с ускорением 3 м/с2. Поверхность горки образует с горизонтом угол 30°. Какую силу, направленную вдоль поверхности горки, надо приложить к санкам, чтобы равномерно втаскивать их на горку?
от

1 Ответ

Дано:  
- минимальная сила для удержания санок F_удерж = 60 Н  
- ускорение при свободном скатывании a = 3 м/с²  
- угол наклона горки α = 30°  
- g = 9,81 м/с² (ускорение свободного падения)

Найти:  
- силу F, направленную вдоль поверхности горки, необходимую для равномерного втаскивания санок.

Решение:

1. Найдем массу санок m. Для этого используем второй закон Ньютона. Силы, действующие на санки при их свободном скатывании, можно записать как:

   F_г = m * g * sin(α) - F_тр,

   где F_г - сила тяжести, действующая вниз по горке, а F_тр - сила трения.

   Ускорение при свободном скатывании задается уравнением:

   m * a = m * g * sin(α) - F_тр.

   Подставим известные значения:

   m * 3 = m * 9,81 * sin(30°) - F_тр.

   Поскольку sin(30°) = 0,5, упростим уравнение:

   3m = 4,905m - F_тр.

   Из этого уравнения найдем силу трения F_тр:

   F_тр = 4,905m - 3m = 1,905m.

2. Теперь найдем силу F, необходимую для равномерного втаскивания санок на горку. При равномерном движении ускорение равно нулю, следовательно, сумма сил равна нулю:

   F - F_г - F_тр = 0.

   Подставим выражения для F_г и F_тр:

   F - m * g * sin(30°) - 1,905m = 0.

   Подставим значение sin(30°):

   F - m * 9,81 * 0,5 - 1,905m = 0.

   Таким образом:

   F = 4,905m + 1,905m = 6,81m.

3. Теперь нам нужно выразить силу F через известные данные. Сначала найдем массу sanok из условия о минимальной силе удержания:

   F_удерж = m * g * sin(30°) + F_тр.

   Подставляем известные значения:

   60 = m * 9,81 * 0,5 + 1,905m.

   Упрощаем:

   60 = 4,905m + 1,905m.

   Таким образом:

   60 = 6,81m.

   Масса sanok тогда будет:

   m = 60 / 6,81 ≈ 8,81 кг.

4. Теперь можем подставить значение массы в формулу для силы F:

   F = 6,81 * 8,81 ≈ 60 Н.

Ответ:  
Для равномерного втаскивания санок на горку необходимо приложить силу примерно 60 Н.
от