Часть С 1. По наклонной плоскости с углом наклона α = 30˚ движется тело массой m1= 0,5 кг, коэффициент трения между телом m1 и плоскостью μ = 0,1. Тело связано нерастяжимой нитью, перекинутой через блок с грузом массой m2=1кг. Найти ускорение, с которым движутся тела и силу натяжения нити (рис.1). Рис.1 2. Санки съезжают с горы высотой h и углом наклона α и движутся дальше по горизонтальному участку. Коэффициент трения на всем пути санок одинаков и равен μ. Определить расстояние S, которое пройдут санки по горизонтальному участку до остановки.
Для начала найдем ускорение тела m1. Сила трения на тело m1 равна Fтр = μ N, где N - нормальная реакция опоры. Проекция силы тяжести m1g на касательную к плоскости равна m1g sin α. Тогда уравнение второго закона Ньютона для тела m1 по наклонной плоскости имеет вид:
m1a = m1g sin α - Fтр m1a = m1g sin α - μ N m1a = m1g sin α - μ m1 g cos α a = g (sin α - μ * cos α)
Теперь найдем силу натяжения нити. Для тела m1 вертикальная составляющая силы натяжения равна m1g, поэтому горизонтальная составляющая равна m1a. Таким образом, сила натяжения нити равна:
T = m1a = m1 g (sin α - μ * cos α)
Для нахождения расстояния S, которое пройдут санки по горизонтальному участку, можно использовать законы сохранения энергии. Пусть h1 - высота, на которой санки остановятся на горе, а h2 - высота, на которую могут подняться санки на горизонтальном участке.
На горе у санок кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию и работу трения:
mgh = Fтр d mgh = μ N h mgh = μ m1 g h
На горизонтальном участке потенциальная энергия превращается в кинетическую и работу трения:
μ m1 g h = 0.5 m1 v^2 + Fтр S μ m1 g h = 0.5 m1 v^2 + μ m1 g S μ g h = 0.5 v^2 + μ g * S
Решив систему уравнений, можно найти расстояние S, которое пройдут санки по горизонтальному участку.
m1a = m1g sin α - Fтр
m1a = m1g sin α - μ N
m1a = m1g sin α - μ m1 g cos α
a = g (sin α - μ * cos α)
Теперь найдем силу натяжения нити. Для тела m1 вертикальная составляющая силы натяжения равна m1g, поэтому горизонтальная составляющая равна m1a. Таким образом, сила натяжения нити равна:
T = m1a = m1 g (sin α - μ * cos α)
Для нахождения расстояния S, которое пройдут санки по горизонтальному участку, можно использовать законы сохранения энергии. Пусть h1 - высота, на которой санки остановятся на горе, а h2 - высота, на которую могут подняться санки на горизонтальном участке.На горе у санок кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию и работу трения:
mgh = Fтр d
mgh = μ N h
mgh = μ m1 g h
На горизонтальном участке потенциальная энергия превращается в кинетическую и работу трения:
μ m1 g h = 0.5 m1 v^2 + Fтр S
μ m1 g h = 0.5 m1 v^2 + μ m1 g S
μ g h = 0.5 v^2 + μ g * S
Решив систему уравнений, можно найти расстояние S, которое пройдут санки по горизонтальному участку.