Тело, которое соскальзывает вниз по наклонной плоскости. В этом случае на него действуют следующие силы:
Сила тяжести mg, направленная вертикально вниз;
Сила реакции опоры N, направленная перпендикулярно плоскости;
Сила трения скольжения Fтр, направлена противоположно скорости (вверх вдоль наклонной плоскости при соскальзывании тела).
Введем наклонную систему координат, ось OX которой направлена вдоль плоскости вниз. Это удобно, потому что в этом случае придется раскладывать на компоненты только один вектор — вектор силы тяжести mg, а вектора силы трения Fтр и силы реакции опоры N уже направлены вдоль осей. При таком разложении x-компонента силы тяжести равна mg sin(α) и соответствует «тянущей силе», ответственной за ускоренное движение вниз, а y-компонента — mg cos(α) = N уравновешивает силу реакции опоры, поскольку вдоль оси OY движение тела отсутствует.
Сила трения скольжения Fтр = µN пропорциональна силе реакции опоры. Это позволяет получить следующее выражение для силы трения: Fтр = µmg cos(α). Эта сила противонаправлена «тянущей» компоненте силы тяжести. Поэтому для тела, соскальзывающего вниз, получаем выражения суммарной равнодействующей силы и ускорения:
В каждой задаче используем формулы взаимосвязи силы, давления и площади:
Формула 1: p=F/S Формула 2: F=pS Формула 3: S=F/p, где p - давление, F - сила, S - площадь. Но также эти величины находятся по формулам: S=ab F=gm m=ρV ( a - длина, b - ширина, g=10 Н/кг (ускорение свободного падения), m - масса, V - объем, ρ (ро) - плотность) Итак, решаем задачи. 1) Дано: S - 320 см^2 (СИ: 0,032 м^2) m - 48 кг g - 10 Н/кг F - ? p - ? Решение: F=gm, p=F/S. 1) 48*10=480 Н - вес мальчика 2) 480/0,032=15000 Па - его давление на пол ответ: 15000 Па 2 Задача. Дано: m - 78 кг a - 1,5 м b - 8 см (СИ: 0,0008 м) g - 10 Н/кг. Решение: S=ab, F=gm, p=F/S. 1) 1,5*0,0008=0,0012 м^2 - площадь лыжи 2) 78*10=780 Н - вес спортсмена (его сила давления на снег) 3) ДАЛЕЕ ВАЖНЫЙ МОМЕНТ: Так как в условии указаны длина и ширина ОДНОЙ лыжи, то нам необходимо тогда площадь одной лыжи умножить на два: 0,0012*2=0,0024 м^2 - площадь двух лыж. 4) Считаем по формуле (1) p=F/S давление: 780/0,0024=325000 Па = 325 кПа ответ: 325 кПа давление спортсмена на снег. Задача №3. Дано: m - 5,4 т (СИ: 5400 кг) S - 1,5 м^2 g - 10 Н/кг F, p - ? (хотя нам дано давление, которое выдерживает лед=90 кПа=90000 Па в системе СИ, но надо найти давление, производимое трактором на лед (плотностью льда пренебречь) и сравнить данные. Если р1<р2, то ответ - нет. Решение: F=gm, p=F/S. 1) 5400*10=54000 Н - вес трактора. 2) 54000/1,5=36000 Па=36 кПа. 3) 90 кПа>36 кПа. ответ: Да, проедет.
Тело, которое соскальзывает вниз по наклонной плоскости. В этом случае на него действуют следующие силы:
Сила тяжести mg, направленная вертикально вниз;
Сила реакции опоры N, направленная перпендикулярно плоскости;
Сила трения скольжения Fтр, направлена противоположно скорости (вверх вдоль наклонной плоскости при соскальзывании тела).
Введем наклонную систему координат, ось OX которой направлена вдоль плоскости вниз. Это удобно, потому что в этом случае придется раскладывать на компоненты только один вектор — вектор силы тяжести mg, а вектора силы трения Fтр и силы реакции опоры N уже направлены вдоль осей. При таком разложении x-компонента силы тяжести равна mg sin(α) и соответствует «тянущей силе», ответственной за ускоренное движение вниз, а y-компонента — mg cos(α) = N уравновешивает силу реакции опоры, поскольку вдоль оси OY движение тела отсутствует.
Сила трения скольжения Fтр = µN пропорциональна силе реакции опоры. Это позволяет получить следующее выражение для силы трения: Fтр = µmg cos(α). Эта сила противонаправлена «тянущей» компоненте силы тяжести. Поэтому для тела, соскальзывающего вниз, получаем выражения суммарной равнодействующей силы и ускорения:
Fx = mg( sin(α) – µ cos(α) );
ax = g( sin(α) – µ cos(α) ).
ускорение:
аx= v/t
скорость равна
v=ax*t=t*g( sin(α) – µ cos(α) )
через t=0.2 с
скорость равна
v=0.2*9.8(sin(45)-0.4*cos(45))=0.83 м/с
Формула 1: p=F/S
Формула 2: F=pS
Формула 3: S=F/p,
где p - давление, F - сила, S - площадь.
Но также эти величины находятся по формулам:
S=ab
F=gm
m=ρV
( a - длина, b - ширина, g=10 Н/кг (ускорение свободного падения), m - масса, V - объем, ρ (ро) - плотность)
Итак, решаем задачи.
1) Дано:
S - 320 см^2 (СИ: 0,032 м^2)
m - 48 кг
g - 10 Н/кг
F - ?
p - ?
Решение:
F=gm, p=F/S.
1) 48*10=480 Н - вес мальчика
2) 480/0,032=15000 Па - его давление на пол
ответ: 15000 Па
2 Задача.
Дано:
m - 78 кг
a - 1,5 м
b - 8 см (СИ: 0,0008 м)
g - 10 Н/кг.
Решение:
S=ab, F=gm, p=F/S.
1) 1,5*0,0008=0,0012 м^2 - площадь лыжи
2) 78*10=780 Н - вес спортсмена (его сила давления на снег)
3) ДАЛЕЕ ВАЖНЫЙ МОМЕНТ: Так как в условии указаны длина и ширина ОДНОЙ лыжи, то нам необходимо тогда площадь одной лыжи умножить на два:
0,0012*2=0,0024 м^2 - площадь двух лыж.
4) Считаем по формуле (1) p=F/S давление:
780/0,0024=325000 Па = 325 кПа
ответ: 325 кПа давление спортсмена на снег.
Задача №3.
Дано:
m - 5,4 т (СИ: 5400 кг)
S - 1,5 м^2
g - 10 Н/кг
F, p - ? (хотя нам дано давление, которое выдерживает лед=90 кПа=90000 Па в системе СИ, но надо найти давление, производимое трактором на лед (плотностью льда пренебречь) и сравнить данные. Если р1<р2, то ответ - нет.
Решение:
F=gm, p=F/S.
1) 5400*10=54000 Н - вес трактора.
2) 54000/1,5=36000 Па=36 кПа.
3) 90 кПа>36 кПа.
ответ: Да, проедет.