Задание C6A611: Динамика

Открытый банк ФИПИ · условие и решение задания

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание
Дайте развернутый ответ.

На гладком горизонтальном столе лежит доска массой М = 1 кг и длиной L = 50 см. На левом краю доски находится маленький брусок массой m = 200 г. Брусок и доска связаны невесомой нерастяжимой нитью, перекинутой через невесомый гладкий блок, закреплённый на стене (отрезки нити, не лежащие на блоке, горизонтальны). Коэффициент трения между бруском и доской μ = 0,2. Брусок начинают тянуть вправо горизонтальной силой F = 1,2 Н. Через какое время t после начала движения брусок соскользнёт с доски? Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на тела. Обоснуйте применимость законов, используемых для решения задачи.


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
1.2 Динамика
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: C6A611
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания C6A611

Ответ: t=√1,5 с≈1,22 с

Рассматриваем движение относительно Земли; эту систему отсчёта считаем инерциальной. Тела движутся поступательно, поэтому второй закон Ньютона применим к их центрам масс. При численных расчётах принимаем g=10 м·с⁻².
Нить невесома и нерастяжима, блок идеален: натяжение T одинаково по всей нити. Связь ускорений устанавливаем из постоянства её длины.
Ось Ox направим вправо, Oy — вверх. Сила F приложена к бруску m. Брусок движется вправо, доска — влево; нерастяжимость нити даёт ускорения +a и −a относительно стола.
На брусок действуют mg вниз, N₁ вверх, F вправо, T влево и трение Fтр влево. На доску действуют Mg вниз, давление N₁ вниз, реакция стола N₂ вверх, T влево и парная сила трения Fтр вправо. Стол гладкий, трения между столом и доской нет.
Второй закон Ньютона:
Брусок, Ox: F−T−Fтр=ma.
Брусок, Oy: N₁−mg=0.
Доска, Ox: Fтр−T=−Ma.
Доска, Oy: N₂−Mg−N₁=0.
Сила трения Fтр=μN₁=μmg. Из уравнения доски T=Ma+Fтр. Тогда
F−2μmg=(M+m)a,
a=F−2μmgM+m.
Подстановка:
a=1,2 Н−2·0,2·0,200 кг·10 м·с⁻²1 кг+0,200 кг=13 м·с⁻².
Относительно доски ускорение бруска aотн=a−(−a)=2a. Из покоя он должен пройти относительно доски всю длину L:
L=aотн·t²2=at²,
t=√La.
Подстановка:
t=√0,5013 с=√1,5 с≈1,22 с.
Проверка: за это время брусок смещается вправо на at²·0,5=0,25 м, а доска — влево на 0,25 м. Относительное смещение 0,50 м равно её длине. Натяжение T=Ma+μmg=1115 Н>0, а F>2μmg обеспечивает предполагаемое скольжение.

Динамика: схема решения задания C6A611
Обозначения: В этой задаче F приложена к бруску. Доска и брусок движутся навстречу относительно стола, поэтому относительное ускорение равно 2a, а относительный путь до схода — L.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании C6A611.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.