Вопрос задан 11.10.2024 в 02:11. Предмет Физика. Спрашивает Неронова Дарина.

Груз прикреплен к пружине, расположенной параллельно доске, угол наклона которой к горизонту можно изменить. При горизонтальном расположении доски пружина не деформирована. Если установить угол наклона, равный 20°, то удлинение пружины будет З см; если увеличить угол до 30°, то удлинение пружины составит 7 см. Найди коэффициент трения между грузом и доской. (Ответ округли до сотых.)

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Китова Карина.

Для решения задачи нам нужно рассмотреть силы, действующие на груз, и использовать законы равновесия, а также закон Гука. Поскольку пружина находится в состоянии равновесия при различных углах наклона доски, это означает, что сумма сил, действующих на груз, уравновешивается в каждом случае.

Дано:

  • Угол наклона α1=20∘\alpha_1 = 20^\circ — удлинение пружины x1=3x_1 = 3 см.
  • Угол наклона α2=30∘\alpha_2 = 30^\circ — удлинение пружины x2=7x_2 = 7 см.

Необходимо найти: Коэффициент трения μ\mu между грузом и доской.

Решение:

  1. Анализ сил, действующих на груз:

    При наклоне доски на угол α\alpha, на груз действуют:

    • Сила тяжести mgmg.
    • Сила трения FтрF_{\text{тр}}.
    • Сила реакции опоры NN.
    • Сила упругости пружины Fупр=kxF_{\text{упр}} = kx, где kk — жесткость пружины, xx — удлинение пружины.
  2. Разложение сил по осям:

    Возьмём оси:

    • Ось xx вдоль поверхности доски.
    • Ось yy перпендикулярна доске.

    Тогда разложение сил даёт:

    • Проекция силы тяжести на ось xx: mgsin⁡αmg \sin \alpha.
    • Проекция силы тяжести на ось yy: mgcos⁡αmg \cos \alpha.
    • Сила трения: Fтр=μN=μmgcos⁡αF_{\text{тр}} = \mu N = \mu mg \cos \alpha.
  3. Условие равновесия вдоль оси xx:

    Для равновесия вдоль оси xx сумма сил должна быть равна нулю:

    Fупр=mgsin⁡α−μmgcos⁡αF_{\text{упр}} = mg \sin \alpha - \mu mg \cos \alpha

    Подставим Fупр=kxF_{\text{упр}} = kx:

    kx=mgsin⁡α−μmgcos⁡αkx = mg \sin \alpha - \mu mg \cos \alpha

    Разделим всё на mgmg:

    kxmg=sin⁡α−μcos⁡α\frac{kx}{mg} = \sin \alpha - \mu \cos \alpha
  4. Система уравнений для двух углов:

    Подставим значения углов и удлинений для α1=20∘\alpha_1 = 20^\circ и α2=30∘\alpha_2 = 30^\circ:

    k⋅0.03mg=sin⁡20∘−μcos⁡20∘(1)\frac{k \cdot 0.03}{mg} = \sin 20^\circ - \mu \cos 20^\circ \tag{1} k⋅0.07mg=sin⁡30∘−μcos⁡30∘(2)\frac{k \cdot 0.07}{mg} = \sin 30^\circ - \mu \cos 30^\circ \tag{2}
  5. Решение системы уравнений:

    Обозначим kmg=A\frac{k}{mg} = A. Тогда уравнения примут вид:

    0.03A=sin⁡20∘−μcos⁡20∘(3)0.03A = \sin 20^\circ - \mu \cos 20^\circ \tag{3} 0.07A=sin⁡30∘−μcos⁡30∘(4)0.07A = \sin 30^\circ - \mu \cos 30^\circ \tag{4}

    Разделим уравнение (4) на уравнение (3):

    0.07A0.03A=sin⁡30∘−μcos⁡30∘sin⁡20∘−μcos⁡20∘\frac{0.07A}{0.03A} = \frac{\sin 30^\circ - \mu \cos 30^\circ}{\sin 20^\circ - \mu \cos 20^\circ}

    Подставим значения синусов и косинусов: sin⁡20∘≈0.342\sin 20^\circ \approx 0.342, cos⁡20∘≈0.940\cos 20^\circ \approx 0.940, sin⁡30∘=0.5\sin 30^\circ = 0.5, cos⁡30∘≈0.866\cos 30^\circ \approx 0.866:

    0.070.03=0.5−μ⋅0.8660.342−μ⋅0.940\frac{0.07}{0.03} = \frac{0.5 - \mu \cdot 0.866}{0.342 - \mu \cdot 0.940} 73=0.5−0.866μ0.342−0.940μ\frac{7}{3} = \frac{0.5 - 0.866\mu}{0.342 - 0.940\mu}
  6. Решение полученного уравнения:

    Умножим крест-накрест и раскроем скобки:

    7(0.342−0.940μ)=3(0.5−0.866μ)7(0.342 - 0.940\mu) = 3(0.5 - 0.866\mu)

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос