Благодаря этой силе автомобили тормозят на светофоре, катер останавливается в воде, колесо буксует в яме. Как вы уже поняли, в этой статье мы будем разбираться, как решать задачи на силу трения.
Сила трения имеет электромагнитную природу. Это значит, что эта сила проявляется в результате взаимодействия частиц, из которых состоит вещество.
Хотите больше полезной и интересной информации по разным темам? Подписывайтесь на наш телеграм-канал .
Что нужно знать о силе трения, чтобы решать задачи
Трение – один из видов взаимодействия тел, которое возникает при их соприкосновении.
Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную движению и по касательной к соприкасающимся поверхностям. Между твердыми телами возникает сухое трение, а при движении тел в жидкостях или газах говорят о вязком трении.
Природу этой силы мы уже установили. Помимо этого нужно знать, что бывают разные виды сил трения:
- трение покоя;
- трение скольжения;
- трение качения (при перекатывании тел друг по другу);
- сопротивление среды (для движения в жидкости).
Вот пример на виды силы трения : брусок лежит на столе, и никто его на трогает. В этом случае действуют только сила тяжести и сила нормальной реакции опоры. Если мы начнем толкать брусок, но так сильно, чтобы его сдвинуть, на него будет действовать сила трения покоя, по третьему закону Ньютона равная внешней силе, приложенной к бруску. Сила трения покоя имеет предельное значение. Если внешняя сила будет больше этого значения, брусок начнет скользить по столу. В этом случае говорят о силе трения-скольжения. А вот и простейшая формула для силы трения:
«Мю» - коэффициент трения скольжения. Это безразмерная величина, которая зависит от материалов взаимодействующих тел и от качества их поверхностей. Величина коэффициента трения не превышает единицы.
При решении простых физических задач силу трения скольжения часто принимают равной максимальной силе трения покоя.
Вопросы по теме «Сила трения»
Вопрос 1. От чего зависит сила трения?
Ответ. Взглянем на формулу выше, и ответ придет сам. Сила трения зависит от свойств соприкасающихся тел, силы нормальной реакции опоры, скорости относительного движения тел.
Вопрос 2. Зависит ли сила трения от площади соприкасающихся поверхностей?
Ответ. Нет, площадь не влияет на силу трения.
Вопрос 3. Какими способами можно уменьшить или увеличить силу трения?
Ответ. Можно уменьшить коэффициент трения, сделав сухое трения вязким. Для увеличения силы трения необходимо увеличить давление на них.
Вопрос 4. Тело покоится на плоскости. Действует ли на него сила трения?
Ответ. Если на тело не действуют внешние силы, то сила трения покоя, по третьему закону Ньютона, равна нулю.
Вопрос 5. Какая из этих сил самая большая по модулю: сила трения покоя, сила трения качения или сила трения скольжения?
Ответ. Сила трения скольжения имеет самое большое значение.
Вопрос 6. Какие есть примеры полезного действия силы трения?
Ответ. Среди полезного использования силы трения можно выделить работу тормозов транспортных средств, добычу огня первобытными людьми.
Задачи на силу трения с решениями
Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы .
Задача №1. Нахождение силы трения
Условие
Брусок массой 5 килограмм скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если масса бруска уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.
Решение
Применим формулы:
Ответ:
10 Н.
Задача №2. Нахождение коэффициента трения
Условие
Тело скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость – 20 Н.
Решение
Сила давления тела на плоскость равна силе нормальной реакции опоры.
Ответ: 0,25
Задача №3. Нахождение силы трения и коэффициента трения
Условие
Лыжник массой 60 кг, имеющий в конце спуска скорость 10 м/с, останавливается через 40 с после окончания спуска. Определите силу трения и коэффициент трения.
Решение
Сначала найдем ускорение, с которым движется лыжник. Затем по второму закону Ньютона найдем силу, которая действует на него:
Ответ: 15 Н; 0,025.
Задача №4. Нахождение силы трения
Условие
Брусок массой 20 кг равномерно перемещается по горизонтальной поверхности под действием постоянной силы, направленной под углом 30° к поверхности и равной 75 Н. Каков коэффициент трения между бруском и плоскостью?
Решение
Сначала воспользуемся вторым законом Ньютона, учитывая, что ускорение равно нулю. Затем найдем проекции силы на вертикальную и горизонтальную оси:
Ответ: 0,4
Задача №5. Нахождение силы трения покоя
Условие
Ящик массой 10 кг стоит на горизонтальном полу. Коэффициент трения между полом и ящиком равен 0,25. К ящику в горизонтальном направлении прикладывают силу 16 Н. Сдвинется ли он с места. Какова сила трения между ящиком и полом?
Решение
Вычислим максимальную силу трения покоя:
Так как приложенная сила по условию меньше, чем максимальная сила трения покоя, ящик останется стоять на месте. Сила трения между полом и ящиком, по третьему закону Ньютона, равна приложенной силе.
Ответ: 16 Н.
Нужна помощь в решении задач или других заданий? Обращайтесь за ней в
1. Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Сила трения покоя возникает когда к покоящемуся телу прикладываем некоторую силу F не приводящую тело в движение. По модулю сила трения покоя равна приложенной силе F и направлена противоположно силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом.
2. Действует ли сила трения покоя на стол, стоящий на полу?
2. Нет, пока мы не прикладываем к нему силу F , с помощью которой хотим его сдвинуть.
3. Что такое сила давления? Обязательно ли это сила тяжести?
3. Сила давления это сила реакции опоры, а она не всегда совпадает с силой тяжести.
4. Что такое коэффициент трения?
4. Коэффициент трения - коэффициент пропорциональности между силой трения покоя и силой нормального давления.
5. Человек толкает книжный шкаф, но шкаф остается в покое. Не нарушается ли здесь второй закон Ньютона, согласно которому тело, к которому приложена сила, изменяет свою скорость?
5. Нет, т.к. в законе Ньютона под силой F подразумевается равнодействующая всех сил действующих на тело. В данном случае сила, действующая на шкаф уравновешивается силой трения покоя и равнодействующая равна нулю, следовательно, и ускорение и перемещение шкафа равны нулю.
Сила трения в земных условиях сопутствует любым движениям тел. Она возникает при соприкосновении двух тел, если эти тела двигаются относительно друг друга. Направлена сила трения всегда вдоль поверхности соприкосновения, в отличие от силы упругости, которая направлена перпендикулярно (рис. 1, рис. 2).
Рис. 1. Отличие направлений силы трения и силы упругости
Рис. 2. Поверхность действует на брусок, а брусок – на поверхность
Существуют сухие и не сухие виды трения. Сухой вид трения возникает при соприкосновении твердых тел.
Рассмотрим брусок, лежащий на горизонтальной поверхности (рис. 3). На него действуют сила тяжести и сила реакции опоры . Подействуем на брусок с небольшой силой , направленной вдоль поверхности. Если брусок не сдвигается с места, значит, приложенная сила уравновешивается другой силой, которая называется силой трения покоя .
Рис. 3. Сила трения покоя
Сила трения покоя () противоположна по направлению и равна по модулю силе, стремящейся сдвинуть тело параллельно поверхности его соприкосновения с другим телом.
При увеличении «сдвигающей» силы брусок остается в покое, следовательно, сила трения покоя также увеличивается. При некоторой, достаточно большой, силе брусок придет в движение. Это означает, что сила трения покоя не может увеличиваться до бесконечности – существует верхний предел, больше которого она быть не может. Величина этого предела – максимальная сила трения покоя.
Подействуем на брусок с помощью динамометра.
Рис. 4. Измерение силы трения с помощью динамометра
Если динамометр действует на него с силой , то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя становится больше при увеличении массы бруска, то есть при увеличении силы тяжести и силы реакции опоры. Если провести точные измерения, то они покажут, что максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе реакции опоры:
где – модуль максимальной силы трения покоя; N – сила реакции опоры (нормального давления); – коэффициент трения покоя (пропорциональности). Следовательно, максимальная сила трения покоя прямо пропорциональна силе нормального давления.
Если провести опыт с динамометром и бруском постоянной массы, при этом переворачивая брусок на разные стороны (меняя площадь соприкосновения со столом), то можно увидеть, что максимальная сила трения покоя не меняется (рис. 5). Следовательно, от площади соприкосновения максимальная сила трения покоя не зависит.
Рис. 5. Максимальное значение силы трения покоя не зависит от площади соприкосновения
Более точные исследования показывают, что трение покоя полностью определяется приложенной к телу силой и формулой .
Сила трения покоя не всегда препятствует движению тела. Например, сила трения покоя действует на подошву обуви, при этом сообщая ускорение и позволяя ходить по земле без проскальзывания (рис. 6).
Рис. 6. Сила трения покоя, действующая по подошву обуви
Еще один пример: сила трения покоя, действующая на колесо автомобиля, позволяет начинать движение без пробуксовки (рис. 7).
Рис. 7. Сила трения покоя, действующая на колесо автомобиля
В ременных передачах также действует сила трения покоя (рис. 8).
Рис. 8. Сила трения покоя в ременных передачах
Если тело движется, то сила трения, действующая на него со стороны поверхности, не исчезает, такой вид трения называется трение скольжения . Измерения показывают, что сила трения скольжения по величине практически равна максимальной силе трения покоя (рис. 9).
Рис. 9. Сила трения скольжения
Сила трения скольжения всегда направлена против скорости движения тела, то есть она препятствует движению. Следовательно, при движении тела только под действием силы трения она сообщает ему отрицательное ускорение, то есть скорость тела постоянно уменьшается.
Величина силы трения скольжения также пропорциональна силе нормального давления.
где – модуль силы трения скольжения; N – сила реакции опоры (нормального давления); – коэффициент трения скольжения (пропорциональности).
На рисунке 10 изображен график зависимости силы трения от приложенной силы. На нем видно два различных участка. Первый участок, на котором сила трения возрастает при увеличении приложенной силы, соответствует трению покоя. Второй участок, на котором сила трения не зависит от внешней силы, соответствует трению скольжения.
Рис. 10. График зависимости силы трения от приложенной силы
Коэффициент трения скольжения приблизительно равен коэффициенту трения покоя. Обычно коэффициент трения скольжения меньше единицы. Это означает, что сила трения скольжения по величине меньше силы нормального давления.
Коэффициент трения скольжения является характеристикой двух трущихся друг о друга тел, он зависит от того, из каких материалов изготовлены тела и насколько хорошо обработаны поверхности (гладкие или шероховатые).
Происхождение сил трения покоя и скольжения обуславливается тем, что любая поверхность на микроскопическом уровне не является плоской, на любой поверхности всегда присутствуют микроскопические неоднородности (рис. 11).
Рис. 11. Поверхности тел на микроскопическом уровне
Когда два соприкасающихся тела подвергаются попытке перемещения относительно друг друга, эти неоднородности зацепляются и препятствуют этому перемещению. При небольшой величине приложенной силы этого зацепления достаточно для того, чтобы не позволить телам смещаться, так возникает трение покоя. Когда внешняя сила превосходит максимальное трение покоя, то зацепления шероховатостей недостаточно для удержания тел, и они начинают смещаться относительно друг друга, при этом между телами действует сила трения скольжения.
Данный вид трения возникает при перекатывании тел друг по другу или при качении одного тела по поверхности другого. Трение качения, как и трение скольжения, сообщает телу отрицательное ускорение.
Возникновение силы трения качения обусловлено деформацией катящегося тела и опорной поверхностью. Так, колесо, расположенное на горизонтальной поверхности, деформирует последнюю. При движении колеса деформации не успевают восстановиться, поэтому колесу приходится как бы все время взбираться на небольшую горку, из-за чего появляется момент сил, тормозящий качение.
Рис. 12. Возникновение силы трения качения
Величина силы трения качения, как правило, во много раз меньше силы трения скольжения при прочих равных условиях. Благодаря этому качение является распространенным видом движения в технике.
При движении твердого тела в жидкости или газе на него действует со стороны среды сила сопротивления. Эта сила направлена против скорости тела и тормозит движение (рис. 13).
Главная особенность силы сопротивления заключается в том, что она возникает только при наличии относительного движения тела и окружающей его среды. То есть силы трения покоя в жидкостях и газах не существует. Это приводит к тому, что человек может сдвинуть даже тяжелую баржу, находящуюся на воде.
Рис. 13. Сила сопротивления, действующая на тело при движении в жидкости или газе
Модуль силы сопротивления зависит:
От размеров тела и его геометрической формы (рис. 14);
Состояния поверхности тела (рис. 15);
Свойства жидкости или газа (рис. 16);
Относительной скорости тела и окружающей его среды (рис. 17).
Рис. 14. Зависимости модуля силы сопротивления от геометрической формы
Рис. 15. Зависимости модуля силы сопротивления от состояния поверхности тела
Рис. 16. Зависимости модуля силы сопротивления от свойства жидкости или газа
Рис. 17. Зависимости модуля силы сопротивления от относительной скорости тела и окружающей его среды
На рисунке 18 показан график зависимости силы сопротивления от скорости тела. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело. С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растет медленно, а затем темп роста увеличивается.
Рис. 18. График зависимости силы сопротивления от скорости тела
При низких значениях относительной скорости сила сопротивления прямо пропорциональна величине этой скорости:
где – величина относительной скорости; – коэффициент сопротивления, который зависит от рода вязкой среды, формы и размеров тела.
Если относительная скорость имеет достаточно большое значение, то сила сопротивления становится пропорциональной квадрату этой скорости.
где – величина относительной скорости; – коэффициент сопротивления .
Выбор формулы для каждого конкретного случая определяется опытным путем.
Тело массой 600 г равномерно движется по горизонтальной поверхности (рис. 19). При этом к нему приложена сила, величина которой равна 1,2 Н. Определить величину коэффициента трения между телом и поверхностью.
Тема: Сила трения
Цель урока:
1.Ввести понятие силы трения.
2.Познакомить учащихся с особенностями силы трения
3.Показать роль трения (полезную и вредную).
4.Воспитание любознательности.
5. Развитие кругозора.
Орг. момент.
На магнитной доске
F = F 1 – F 2 
У каждого ученика на столе сигнальные карточки с числами 6, 2, 0
Вопрос: Чему равна равнодействующая сила в каждом случае?
Дети сигнализируют ответ.
Тему урока поможет определить рассказ:
Сон Вовки.
Всю ночь я спал неспокойно. Одеяло то и дело падало с кровати на пол и поднять его было невероятно трудно -оно непременно старалось выскользнуть из рук. Все же, наконец, я уснул, но проснувшись утром, не узнал своей комнаты, Оказывается, я спал на полу в углу, где почему-то сгрудились все вещи. Очевидно, исчезло трение, поэтому я упал с кровати, а все вещи под действием силы тяжести двинулись в один угол: там пол был немного ниже. Я попробовал было встать, но, поднявшись, тут же упал. После неоднократных, очень неудачных попыток встать, я пришёл к выводу, что нет ничего вернее, чем перебираться на четвереньках. Правда, руки и ноги все время разъезжались, но всё-таки я кое-как добрался до умывальника и в удивлении остановился: вода сильной струёй била из крана. Ручка крана оказалась почему-то очень скользкой, и я с большим трудом завинтил было кран, но стоило мне отпустить руку, как кран тотчас же развинтился, и вода полилась прежним напором. Решил я умыться. О, это оказалось очень сложным делом! Сколько я ни старался взять мыло в руки, оно, как бы дразня меня, крутилось в мыльнице, кстати, тоже крутящейся на полочке и определенно не хотело поддаваться. Махнув рукой, я сунул руки под струю воды и почувствовал резкий толчок, от которого едва не упал. Все-таки я умылся, хотя и без мыла. Но совсем приуныл, когда обнаружил, что, как бы туго ни затягивал я ремень в брюках, они все норовили свалиться, а пиджак тоже все время сползал с плеч. Так же плохо было и с ботинками. Никакими хитростями нельзя было завязать шнурки, мгновенно развязывались сложные, морские узлы. Случайно подвернулся кусок проволоки, которую я продел я продел в дырочки для шнурков и закрутил. С большей осторожностью, передвигая ноги так, как ходят на лыжах, я направился в кухню. И здесь меня встретили неожиданности. Безуспешно я пытался взять нож, чтобы отрезать ломтик хлеба; нож вел себя примерно так же, как мыло при умывании. Пришлось, навалившись всем телом на буханку и прижав ее руками к груди, откусывать хлеб прямо от буханки, не меняя положения, ибо при малейшем движении буханка стремилась выскользнуть из рук. Молоко пришлось пить по-кошачьи: стакан взять в руку было абсолютно невозможно. Как я был счастлив, когда снова появилось ОНО!
О чем речь?
Правильно, запишите, пожалуйста, тему урока в тетради.
Представьте, что вы катаетесь на велосипеде. Вы разогнались, а затем перестали крутить педали велосипеда. Какое-то время велосипед ещё продолжает двигаться, а затем останавливается. Что ему мешает двигаться дальше?
При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения.
1.Если одно тело катится по поверхности другого, возникает сила трения качения.
Демонстрация. Каток. Примеры: При движении колес велосипеда, самолета, машины, при перекатывании круглых брёвен или бочек по земле.
2.Если одно тело скользит по поверхности другого, возникает сила трения скольжения
Демонстрация. Брусок скользит по трибометру. Примеры Движение саней или лыж по снегу.
3. Если одно тело покоится по поверхности другого, возникает сила трения покоя.
Демонстрация. Горка песка не рассыпается. Примеры Удерживается гвоздь, вбитый в стенку, не развязывается бант.
Какая же из приведенных сил больше? Меньше?
Фронтальный эксперимент. Динамометр, брусок, каток, трибометр. Измерение сил трения покоя, качения, скольжения динамометром. Сформулируйте вывод.
Сила трения всегда направлена против движения.
Примеры:
Посмотрите внимательно на рисунок на доске. Закройте глазки. Попытайтесь мысленно нарисовать рисунок. Откройте глаза. Посмотрите ещё раз на схематическое изображение силы трения. Я закрываю доску. Попробуйте воспроизвести рисунок в тетради.
Открываю доску. Покажите сигнальной карточкой (с одной стороны-зелёного; с другой-красного цвета) у кого не было ни одной ошибки.
Работа с учебником. По тексту найти причину трения.
Ответ: шероховатость поверхности, взаимное притяжение молекул
Запишем в тетради:
Сила трения зависит от материала соприкасающихся тел, от степени шероховатости поверхности.
Сила трения НЕ зависит от площади соприкасающихся тел.
Объясните пословицы:
Сухая ложка рот дерёт
Скрипит как немазаная телега
Скользкий, как налим
Идёт как по маслу
Отгадайте загадки:
На красных лапках гусь тяжёлый,
Задумав плыть по лону вод,
Ступает бережно на лёд,
Скользит и падает…
Почему падает гусь?
Мальчишек радостный народ
Коньками звучно режет лёд
Почему коньки должны резать лёд?
В гололедицу зимой
Над замерзшею водой
Чья-то добрая рука
Посыпает слой песка.
Все скорее отвечают
Для чего так поступают?
4.Я хотела б очень знать
Почему живую рыбу
Очень трудно удержать?
Запись в тетрадь:
Уменьшают силу трения шлифовка, смазка, уменьшение нагрузки.
Увеличивают силу трения использование специальных материалов, увеличение нагрузки.
Творческое Д/З Написать сочинение «Что было бы, если бы не было силы трения»
Информация для расширения кругозора обучающихся.
Материал для дополнительного чтения распечатать на каждый стол.
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, горох, бобы цепляются за опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Трение здесь создается за счет того, что стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.
У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, репа, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. Поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.
Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются.
Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.
Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость.
Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.
Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.
Действие органов хватания (хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона) тоже тесно связано с трением.
Пусть небольшое тело находится на наклонной плоскости с углом наклона a (рис. 14.3,а ). Выясним: 1) чему равна сила трения, если тело скользит по наклонной плоскости; 2) чему равна сила трения, если тело лежит неподвижно; 3) при каком минимальном значении угла наклона a тело начинает соскальзывать с наклонной плоскости.
а)
б)
Сила трения будет препятствовать движению, следовательно, она будет направлена вверх по наклонной плоскости (рис. 14.3,б ). Кроме силы трения, на тело действуют еще сила тяжести и сила нормальной реакции . Введем систему координат ХОУ , как показано на рисунке, и найдем проекции всех указанных сил на координатные оси:
Х : F трХ = –F тр, N X = 0, mg X = mg sina;
Y : F трY = 0, N Y = N , mg Y = –mg cosa.
Поскольку ускоряться тело может только по наклонной плоскости, то есть вдоль оси X , то очевидно, что проекция вектора ускорения на ось Y всегда будет равна нулю: а Y = 0, а значит, сумма проекций всех сил на ось Y также должна равняться нулю:
F трY + N Y + mg Y = 0 Þ 0 + N – mg cosa = 0 Þ
N = mg cosa. (14.4)
Тогда сила трения скольжения согласно формуле (14.3) равна:
F тр.ск = mN = mmg cosa. (14.5)
Если тело покоится , то сумма проекций всех сил, действующих на тело, на ось Х должна равняться нулю:
F трХ + N Х + mg Х = 0 Þ –F тр + 0 + mg sina = 0 Þ
F тр.п = mg sina. (14.6)
Если мы будем постепенно увеличивать угол наклона, то величина mg sina будет постепенно увеличиваться, а значит, будет увеличиваться и сила трения покоя, которая всегда «автоматически подстраивается» под внешнее воздействие и компенсирует его.
Но, как мы знаем, «возможности» силы трения покоя не безграничны. При каком-то угле a 0 весь «ресурс» силы трения покоя будет исчерпан: она достигнет своего максимального значения, равного силе трения скольжения. Тогда будет справедливо равенство:
F тр.ск = mg sina 0 .
Подставив в это равенство значение F тр.ск из формулы (14.5), получим: mmg cosa 0 = mg sina 0 .
Разделив обе части последнего равенства на mg cosa 0 , получим:
Þ 
a 0 = arctgm.
Итак, угол a, при котором начинается скольжение тела по наклонной плоскости, задается формулой:
a 0 = arctgm. (14.7)
Заметим, что если a = a 0 , то тело может или лежать неподвижно (если к нему не прикасаться), или скользить с постоянной скоростью вниз по наклонной плоскости (если его чуть-чуть толкнуть). Если a < a 0 , то тело «стабильно» неподвижно, и легкий толчок не произведет на него никакого «впечатления». А если a > a 0 , то тело будет соскальзывать с наклонной плоскости с ускорением и безо всяких толчков.
Задача 14.1. Человек везет двое связанных между собой саней (рис. 14.4,а ), прикладывая силу F под углом a к горизонту. Массы саней одинаковы и равны т . Коэффициент трения полозьев по снегу m. Найти ускорение саней и силу натяжения Т веревки между санями, а также силу F 1 , с которой должен тянуть веревку человек для того, чтобы сани двигались равномерно.
| F a m m |
 а)
|  б)
Рис. 14.4
|
| а = ? Т = ? F 1 = ? |
Решение . Запишем второй закон Ньютона для каждых саней в проекциях на оси х и у (рис. 14.4,б ):
I у : N 1 + F sina – mg = 0, (1)
x : F cosa – T – mN 1 = ma ; (2)
II у : N 2 – mg = 0, (3)
x : T – mN 2 = ma . (4)
Из (1) находим N 1 = mg – F sina, из (3) и (4) находим Т = mmg+ + ma. Подставляя эти значения N 1 и Т в (2), получаем
.
Подставляя а в (4), получаем
T = mN 2 + ma = mmg + та =
Mmg
+ т
.
Чтобы найти F 1 , приравняем выражение для а к нулю:
Ответ
: ; 
;
.
СТОП! Решите самостоятельно: В1, В6, С3.
Задача 14.2. Два тела массами т и М связаны нитью, как показано на рис. 14.5,а . С каким ускорением движется тело М , если коэффициент трения о поверхность стола m. Каково натяжение нити Т ? Какова сила давления на ось блока?
| т М m | Решение. Запишем второй закон Ньютона в проекциях на оси х 1 и х 2 (рис. 14.5,б ), учитывая, что : х 1: Т – mMg = Ма , (1) х 2: mg – T = ma . (2) Решая систему уравнений (1) и (2), находим: |
| а = ? Т = ? R = ? |
Если грузы не движутся, то .
Ответ
: 1) если т
< mМ
, то а
= 0, Т
= mg
, ; 2) если т
³ mМ
, то , 
, 
.
СТОП! Решите самостоятельно: В9–В11, С5.
Задача 15.3. Два тела массами т 1 и т 2 связаны нитью, перекинутой через блок (рис. 14.6). Тело т 1 находится на наклонной плоскости с углом наклона a. Коэффициент трения о плоскость m. Тело массой т 2 висит на нити. Найти ускорение тел, силу натяжения нити и силу давления блока на ось при условии, когда т 2 < т 1 . Считать tga > m.
Рис. 14.7 
Запишем второй закон Ньютона в проекциях на оси х 1 и х 2 , учитывая, что и :
х 1: т 1 g sina – Т – mm 1 g cosa = m 1 a ,
х 2: T – m 2 g = m 2 a .
, .
Так как а >0, то
Если неравенство (1) не выполняется, то груз т 2 точно не движется вверх! Тогда возможны еще два варианта: 1) система неподвижна; 2) груз т 2 движется вниз (а груз т 1 , соответственно, вверх).
Предположим, что груз т 2 движется вниз (рис. 14.8).
Рис. 14.8 
Тогда уравнения второго закона Ньютона на оси х 1 и х 2 будут иметь вид:
х 1: Т – т 1 g sina – mm 1 g cosa = m 1 a ,
х 2: m 2 g – Т = m 2 a .
Решая эту систему уравнений, находим:
, .
Так как а >0, то
Итак, если выполняется неравенство (1), то груз т
2 едет вверх, а если выполняется неравенство (2), то – вниз. Следовательно, если не выполняется ни одно из этих условий, т.е.
,
система неподвижна.
Осталось найти силу давления на ось блока (рис. 14.9). Силу давления на ось блока R в данном случае можно найти как диагональ ромба АВСD . Так как
ÐADC = 180° – 2 ,
где b = 90°– a, то по теореме косинусов
R 2 = .
Отсюда 
.
Ответ :
1) если 
, то , 
;
2) если 
, то 
, ;
3) если , то а
= 0; Т
= т
2 g
.
Во всех случаях .
СТОП! Решите самостоятельно: В13, В15.
Задача 14.4. На тележку массой М действует горизонтальная сила F (рис. 14.10,а ). Коэффициент трения между грузом т и тележкой равен m. Определить ускорение грузов. Какой должна быть минимальная сила F 0 , чтобы груз т начал скользить по тележке?
| M , т F m |
 а)
|  б)
Рис. 14.10
|
| а 1 = ? а 2 = ? F 0 = ? | ||
Решение . Сначала заметим, что сила, приводящая груз т в движение, – это сила трения покоя , с которой тележка действует на груз. Максимально возможное значение этой силы равно mmg .
По третьему закону Ньютона груз действует на тележку с такой же по величине силой – (рис. 14.10,б ). Проскальзывание начинается в тот момент, когда уже достигла своего максимального значения , но система еще движется как одно тело массой т +М с ускорением . Тогда по второму закону Ньютона
