Вопрос задан 10.02.2025 в 19:25. Предмет Физика. Спрашивает Тежикова Настя.

Брусок массой 2 кг находится на наклонной плоскости с углом наклона 30 градусов. Какую силу направленную горизонтально надо приложить к бруску чтобы он двигался равномерно по наклонной плоскости? Коэффициент трения бруска об наклонную плоскость равен 0,3

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Вечерская Ангелина.

Чтобы ответить на этот вопрос, разберём силы, действующие на брусок, и определим, какую горизонтальную силу нужно приложить для равномерного движения.


Дано:

  • Масса бруска m=2кгm = 2 \, \text{кг},
  • Угол наклона плоскости α=30\alpha = 30^\circ,
  • Коэффициент трения μ=0,3\mu = 0,3,
  • Брусок движется равномерно, то есть ускорение a=0a = 0.

Шаг 1: Определение сил

На брусок действуют следующие силы:

  1. Сила тяжести Fg=mg\vec{F}_g = m \cdot g, направленная вертикально вниз.
  2. Реакция опоры N\vec{N}, перпендикулярная наклонной плоскости.
  3. Сила трения Fтр=μN\vec{F}_\text{тр} = \mu \cdot N, направленная против движения.
  4. Горизонтальная сила Fгор\vec{F}_\text{гор}, которую мы хотим найти.

Шаг 2: Разложение силы тяжести

Сила тяжести Fg\vec{F}_g раскладывается на две составляющие:

  • Параллельную наклонной плоскости: Fg=mgsinα,F_{g \parallel} = m \cdot g \cdot \sin{\alpha},
  • Перпендикулярную наклонной плоскости: Fg=mgcosα.F_{g \perp} = m \cdot g \cdot \cos{\alpha}.

Шаг 3: Реакция опоры

Реакция опоры определяется из равновесия по оси, перпендикулярной плоскости. Уравнение для реакции опоры:

N=Fg=mgcosα.N = F_{g \perp} = m \cdot g \cdot \cos{\alpha}.

Шаг 4: Сила трения

Сила трения рассчитывается по формуле:

Fтр=μN=μmgcosα.F_\text{тр} = \mu \cdot N = \mu \cdot m \cdot g \cdot \cos{\alpha}.

Шаг 5: Уравнение равномерного движения

Для равномерного движения по наклонной плоскости сумма всех сил вдоль плоскости должна быть равна нулю. Горизонтальная сила FгорF_\text{гор} создаёт проекцию вдоль плоскости. Уравнение равновесия вдоль плоскости:

Fg+Fтр=Fгорcosα.F_{g \parallel} + F_\text{тр} = F_\text{гор} \cdot \cos{\alpha}.

Шаг 6: Выражение для горизонтальной силы

Подставим выражения для FgF_{g \parallel} и FтрF_\text{тр}:

mgsinα+μmgcosα=Fгорcosα.m \cdot g \cdot \sin{\alpha} + \mu \cdot m \cdot g \cdot \cos{\alpha} = F_\text{гор} \cdot \cos{\alpha}.

Выразим FгорF_\text{гор}:

Fгор=mg(sinα+μcosα)cosα.F_\text{гор} = \frac{m \cdot g \cdot (\sin{\alpha} + \mu \cdot \cos{\alpha})}{\cos{\alpha}}.

Шаг 7: Подстановка чисел

Подставим значения:

  • m=2кгm = 2 \, \text{кг},
  • g9,8м/с2g \approx 9,8 \, \text{м/с}^2,
  • α=30\alpha = 30^\circ, где sin30=0,5\sin{30^\circ} = 0,5 и cos300,866\cos{30^\circ} \approx 0,866,
  • μ=0,3\mu = 0,3.

Сначала посчитаем числитель:

mg(sinα+μcosα)=29,8(0,5+0,30,866).m \cdot g \cdot (\sin{\alpha} + \mu \cdot \cos{\alpha}) = 2 \cdot 9,8 \cdot (0,5 + 0,3 \cdot 0,866).

Посчитаем значение в скобках:

0,5+0,30,8660,5+0,2598=0,7598.0,5 + 0,3 \cdot 0,866 \approx 0,5 + 0,2598 = 0,7598.

Умножим:

29,80,759814,8996.2 \cdot 9,8 \cdot 0,7598 \approx 14,8996.

Теперь делим на cos30\cos{30^\circ}:

Fгор=14,89960,86617,2Н.F_\text{гор} = \frac{14,8996}{0,866} \approx 17,2 \, \text{Н}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос