Сила трения: бруски, пружины и льдинки

В этой статье мы рассмотрим задачи среднего уровня, задачи, которые хороши для закрепления материала и позволяют вспомнить как кинематику, так и закон Гука.

Задача 1. 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.

Лыжник из задачи 1

Зная время движения лыжника и его начальную скорость, можно найти ускорение:

По оси можно записать второй закон Ньютона для лыжника, который тормозит вследствие воздействия силы трения на него:

Определим коэффициент трения:

Ответ: Н, .

Задача 2. Каким способом можно закинуть льдинку дальше: бросив ее под углом к горизонту или пустив с такой же скоростью скользить по льду? Коэффициент трения о лед принять равным 0,02.Сопротивлением воздуха пренебречь.

Рассмотрим, насколько далеко залетит льдинка, брошенная под углом к горизонту. В наивысшей точке полета ее вертикальная составляющая скорости станет равна нулю:

Откуда время полета льдинки:

Все это время льдинка будет лететь вперед по оси с горизонтальной составляющей скорости и пролетит расстояние

Если подставить известный угол, то

Теперь пустим льдинку по льду. Вследствие силы трения она будет тормозить. Сила трения равна

Откуда

С таким ускорением льдинка пробежит путь до своей остановки, равный:

Вернемся к определению пути и подставим время и найденное ускорение:

Очевидно, что дробь меньше, чем дробь , поэтому по льду льдинка «ускользит» дальше.

Задача 3. Два деревянных бруска массой по 1 кг каждый лежат на деревянной доске. Какую силу надо приложить, чтобы вытащить нижний брусок из-под верхнего? Коэффициент трения на обеих поверхностях нижнего бруска равен 0,3.

К задаче 3

Когда нижний брусок начнут вытягивать из-под верхнего, то противодействовать силе, с которой мы станем воздействовать на брусок, будут две силы трения.

Сила трения по верхней поверхности:

Сила трения по нижней поверхности:

Тогда по второму закону Ньютона

Ответ: 8,8 Н

Задача 4. Деревянный брусок массой 2 кг тянут равномерно по деревянной доске, расположенной горизонтально, с помощью пружины жесткостью 100 Н/м. Коэффициент трения равен 0,3. Найти удлинение пружины.

К задаче 4

Противодействовать силе, растягивающей пружину, будет сила трения. Определим ее:

С другой стороны,

Тогда, приравнивая два выражения, определим удлинение пружины:

Ответ: м, или почти 6 см.