Сила трения и второй закон Ньютона

В этой статье задачи объединены темой составления уравнений по второму закону Ньютона, но в то же время применяем и полученные знания о силе трения (особенно – чем сила трения покоя отличается от силы трения скольжения), и вспоминаем нормальное ускорение и центробежную силу.

Задача 1. Тележка массой кг может катиться по гладкой горизонтальной поверхности. Не тележке лежит брусок кг . Коэффициент трения между бруском и тележкой . К бруску приложена сила: а) Н; б) Н. Найти силу трения между бруском и тележкой и ускорения бруска и тележки в обоих случаях.

Пока сила, с которой тянут брусок, меньше силы трения скольжения, брусок будет неподвижен относительно тележки. Зато тележка не будет оставаться неподвижной, так как сила действует на нее через брусок.

К задаче 1

Ускорение тележки:

Определим силу трения бруска (это сила трения покоя, пока брусок не скользит по тележке):

Если сила больше силы трения , то брусок будет скользить по поверхности тележки с ускорением:

Сила трения скольжения бруска:

На тележку действует сила трения, ускорение тележки во втором случае таково:

Ответ: в первом случае  м/с,  Н, во втором случае Н,  м/с,  м/с.

Задача 2. Горизонтальный диск вращают с угловой скоростью рад/с вокруг вертикальной оси.  На поверхности диска в гладкой радиальной канавке находятся грузы 1 и 2 массами и   кг. Радиусы их вращения м и м. Найти силы натяжения нитей.

К задаче 2

Рассмотрим рисунок. Трения нет, так как по условию канавка гладкая.  Запишем нормальные ускорения для обоих грузов:

Обозначим все силы

Тогда для второго груза:

Для первого груза:

Ответ: Н, Н.
Задача 3. Санки массой кг тянут за веревку с силой Н, направленной горизонтально. На санках сидит ребенок массой кг. Коэффициент трения полозьев о снег  . Найти силу трения , действующую на ребенка.

К задаче 3

Сила трения, действующая на санки, равна:

Тогда второй закон Ньютона запишем в такой форме:

Определяем ускорение:

Тогда на ребенка действует сила трения:

Ответ: 10 Н