По лёгкой лестнице длиной l, прислонённой к гладкой степе, поднимается рабочий. Коэффициент трения между лестницей и полом равен μ, а лестница установлена под углом α к стене.
а) При каком соотношении между заданными в условии величинами рабочий может безопасно подняться до самого верха лестницы?
б) До какой высоты от пола рабочий может безопасно подняться, если упомянутое выше соотношение не выполнено?
от

1 Ответ

дано:  
l — длина лестницы,  
μ — коэффициент трения между лестницей и полом,  
α — угол наклона лестницы к стене.

найти:  
а) Условия, при которых рабочий может безопасно подняться до самого верха лестницы.  
б) Максимальную высоту h от пола, на которую рабочий может подняться, если условия не выполняются.

решение:

а) Рассмотрим силы, действующие на лестницу:

1. Сила тяжести рабочего W = m * g направлена вниз.
2. Нормальная сила N со стороны пола действует перпендикулярно к поверхности.
3. Сила трения F_tr = μ * N направлена вдоль пола и препятствует сдвигу лестницы.

Условия равновесия:

- В вертикальном направлении:
  N - W = 0,
  откуда N = W = m * g.

- В горизонтальном направлении:
  F_tr = m * g * sin(α).

Подставляем силу трения:
μ * N = m * g * sin(α),
μ * (m * g) = m * g * sin(α).

Сокращаем m * g (при условии, что m ≠ 0):
μ = sin(α).

Таким образом, для безопасного подъема рабочего до самого верха лестницы должно выполняться следующее условие:
μ ≥ sin(α).

б) Если условие μ < sin(α), лестница начнет скользить. Чтобы выяснить, до какой высоты h рабочий может подняться, учтем, что момент сил относительно точки соприкосновения лестницы с полом должен быть равен нулю.

1. Момент от силы тяжести рабочего:
   M_worker = W * (l * cos(α)) = m * g * (l * cos(α)).

2. Момент от силы трения:
   M_friction = F_tr * l * sin(α) = μ * N * (l * sin(α)) = μ * (m * g) * (l * sin(α)).

Для равновесия:
m * g * (l * cos(α)) = μ * (m * g) * (l * sin(α)).

Сокращаем m * g и l (при условии, что m, g и l ≠ 0):
cos(α) = μ * sin(α).

Вводим высоту h:
h = l * sin(α).
Подставляем выражение для μ:
h = (cos(α) / μ) * sin(α).

Следовательно, максимальная высота, на которую рабочий может подняться, когда не выполняется предыдущее условие:
h = l * (cos(α) / μ) * sin(α).

ответ:  
а) Рабочий может безопасно подняться до самого верха лестницы, если μ ≥ sin(α).  
б) Максимальная высота h, до которой рабочий может подняться, если условие не выполнено, равна l * (cos(α) / μ) * sin(α).
от