Брусок массой 3 кг лежит на горизонтальной плоскости. Коэффициент трения между бруском и плоскостью равен 0,4. К бруску прикладывают силу, направленную вверх под углом 60° к горизонту, причём модуль силы возрастает прямо пропорционально времени от 0 до 25 Н за 5 с. Чему равно ускорение бруска:
а)  через 2 с после начала действия силы?
б)  через 4 с после начала действия силы?
от

1 Ответ

Дано:
- масса бруска m = 3 кг
- коэффициент трения μ = 0,4
- максимальная сила Fmax = 25 Н (достигается за 5 с)
- угол θ = 60°

Найти:
а) ускорение бруска через 2 с после начала действия силы
б) ускорение бруска через 4 с после начала действия силы

Решение:

1. Найдем модуль прикладываемой силы F на момент времени t:

F(t) = (Fmax / tmax) * t

где tmax = 5 с.

Таким образом:

F(t) = (25 Н / 5 с) * t = 5t Н.

2. Теперь определим вес бруска:

P = m * g, где g = 9,81 м/с².

P = 3 кг * 9,81 м/с² = 29,43 Н.

3. Рассчитаем силу нормального давления N. При действии силы под углом, нормальная сила будет равна:

N = P - F * sin(θ).

Сначала найдем значение F(t) для каждого времени:

а) Для t = 2 с:

F(2) = 5 * 2 = 10 Н.

Теперь найдем N:

N = P - F(2) * sin(60°)

sin(60°) = √3 / 2 ≈ 0,866.

N = 29,43 Н - 10 Н * 0,866 = 29,43 Н - 8,66 Н = 20,77 Н.

4. Найдем силу трения Fтр:

Fтр = μ * N = 0,4 * 20,77 Н = 8,308 Н.

5. Применим второй закон Ньютона для горизонтального движения:

Fгор = F*cos(θ) - Fтр.

Находим Fгор:

Fгор(2) = 10 Н * cos(60°) = 10 Н * 0,5 = 5 Н.

Теперь подставим в уравнение:

Fгор = 5 Н - 8,308 Н = -3,308 Н (так как сила трения больше).

Учитывая, что Fгор < 0, ускорение отсутствует.

Ответ через 2 с: a = 0 м/с² (брусок не двигается).

б) Для t = 4 с:

F(4) = 5 * 4 = 20 Н.

Теперь найдем N:

N = P - F(4) * sin(60°)

N = 29,43 Н - 20 Н * 0,866 = 29,43 Н - 17,32 Н = 12,11 Н.

6. Рассчитаем силу трения Fтр:

Fтр = μ * N = 0,4 * 12,11 Н = 4,844 Н.

7. Найдем Fгор:

Fгор(4) = 20 Н * cos(60°) = 20 Н * 0,5 = 10 Н.

Теперь подставим в уравнение:

Fгор = 10 Н - 4,844 Н = 5,156 Н.

8. Применим второй закон Ньютона:

Fгор = m * a.

a = Fгор / m = 5,156 Н / 3 кг = 1,719 м/с².

Ответ через 4 с: a ≈ 1,719 м/с².
от