Какую минимальную силу, направленную перпендикулярно к наклонной плоскости длиной 1 м и высотой 0.8 м, нужно приложить к грузу массой 2 кг с коэффициентом трения 0.5, чтобы он не скользил вниз, если ускорение свободного падения g равно 10 м/с²?

Физика 11 класс Наклонная плоскость и силы трения минимальная сила наклонная плоскость груз масса 2 кг коэффициент трения 0.5 ускорение свободного падения физика 11 класс Новый

Для решения данной задачи нам нужно рассмотреть силы, действующие на груз, и определить минимальную силу, необходимую для предотвращения его скольжения вниз по наклонной плоскости. Давайте последовательно разберем все шаги.

Шаг 1: Найдем угол наклона плоскости.

Сначала определим угол наклона плоскости, используя высоту и длину наклонной плоскости. Мы можем использовать тригонометрические функции:

• Высота (h) = 0.8 м
• Длина наклонной плоскости (L) = 1 м

Угол наклона (α) можно найти с помощью синуса:

• sin(α) = h / L = 0.8 / 1 = 0.8

Теперь найдем угол α:

• α = arcsin(0.8) ≈ 53.13°

Шаг 2: Рассчитаем силы, действующие на груз.

На груз действуют следующие силы:

• Сила тяжести (Fтяж) = m * g = 2 кг * 10 м/с² = 20 Н.
• Компонента силы тяжести, направленная по наклонной плоскости: Fтяж, параллельная = Fтяж * sin(α).
• Компонента силы тяжести, направленная перпендикулярно к наклонной плоскости: Fтяж, перпендикулярная = Fтяж * cos(α).

Теперь подставим значения:

• Fтяж, параллельная = 20 Н * sin(53.13°) ≈ 20 Н * 0.8 = 16 Н.
• Fтяж, перпендикулярная = 20 Н * cos(53.13°) ≈ 20 Н * 0.6 = 12 Н.

Шаг 3: Рассчитаем силу трения.

Сила трения (Fтр) определяется как:

• Fтр = μ * N,

где N - нормальная сила, которая равна компоненте силы тяжести, направленной перпендикулярно к наклонной плоскости:

• N = Fтяж, перпендикулярная = 12 Н.
• μ = 0.5.

Теперь подставим значения:

• Fтр = 0.5 * 12 Н = 6 Н.

Шаг 4: Найдем необходимую силу.

Для того чтобы груз не скользил вниз, приложенная сила (Fпр) должна компенсировать силу, направленную вниз по наклонной плоскости, и силу трения:

• Fпр + Fтр = Fтяж, параллельная.

Подставим известные значения:

• Fпр + 6 Н = 16 Н.

Теперь решим уравнение для Fпр:

• Fпр = 16 Н - 6 Н = 10 Н.

Ответ: Минимальная сила, направленная перпендикулярно к наклонной плоскости, равна 10 Н.