Применение законов Ньютона к движению систем тел с учётом кинематических связей. Решение задач на движение системы связанных тел Движение связанных тел по горизонтальной плоскости

Мы продолжаем изучать динамику - раздел физики, изучающий причины возникновения механического движения.

Часто мы решаем задачи, в которых есть несколько связанных между собой тел, на каждое из которых действуют несколько сил. Мы уже решали задачи по динамике и знаем, как это делается. Как обычно, мы:

1) определяем все силы, действующие на тело;

2) выбираем удобную систему координат;

3) применяем второй закон Ньютона, то есть записываем векторную сумму действующих на тело сил и приравниваем ее ;

4) чтобы привести уравнение к виду, в котором мы можем его легко решить,

записываем его в проекциях на выбранные оси координат.

Задача

Два ученика на роликовых коньках держатся за веревку, протянутую между ними. Когда они начинают вдвоем вытягивать веревку, первый начинает двигаться с ускорением . С каким ускорением движется второй, если его масса в 1,5 раза меньше? Силой трения между землей и роликами пренебречь.

Анализ условия:

В задаче описаны два ученика, связанные через веревку;

На каждого ученика действует сила тяжести и , сила реакции опоры и и сила натяжения веревки и . Обозначим их на рис. 1.

Рис. 1. Силы, действующие на первого ученика (слева), второго (справа)

Ученики взаимодействуют между собой через веревку с силами, по третьему закону Ньютона, равными по модулю: .

Силы, действующие на каждого ученика, вызывают его ускорение, будем применять второй закон Ньютона. Ученики не связаны веревкой жестко, они вытягивают веревку, перехватывая ее, поэтому их ускорения могут отличаться.

Обратим внимание, что, применяя второй закон Ньютона к ученику, мы учитываем именно силы, которые действуют на ученика. Мы не должны, например, ошибочно учесть силу, с которой ученик тащит на веревку, нам важна сила, с которой веревка действует на ученика.

Решение

Выберем систему координат. Удобно направить ось х вдоль веревки, а ось у перпендикулярно ей вверх (рис. 2).

Рис. 2. Выбранная система координат

Запишем полученные выражения в проекциях на выбранные оси координат. В проекции на ось у имеем , , для решения задачи уравнения никакой информации не несут. В проекции на ось х запишем:

С учетом того что , а отношение масс по условию задачи , запишем:

Приравняв правые части уравнений, получим: .

Задача решена: ускорение второго ученика в полтора раза больше ускорения первого.

На нити, переброшенной через неподвижный блок, подвешены грузы массами m и 2m. С каким ускорением будут двигаться грузы, если их отпустить? Трением в блоке пренебречь.

Анализ условия:

На каждый из них действует сила тяжести и одинаковая по модулю сила натяжения нити (по третьему закону Ньютона);

Грузы жестко связаны нерастяжимой нитью, значит, они оба движутся с одинаковым ускорением, по второму закону Ньютона, вызванным равнодействующей силой для каждого груза;

Естественно предположить, что ускорение будет направлено в сторону более тяжелого груза (рис. 3).

Рис. 3. Силы, действующие на грузы

Решение

Тела движутся вдоль вертикального направления, поэтому направим координатную ось вертикально, например, вниз.

Применим второй закон Ньютона для каждого тела:

Запишем в проекции на ось у и получим систему уравнений: .

Остается решить систему и найти ускорение, которое получим равным .

Два бруска, массы которых равны и , связаны нитью и лежат на гладком столе. К одному из брусков приложена сила , направленная параллельно плоскости стола. При каком максимальном значении силы нить оборвется, если сила будет приложена: а) к бруску массой ; б) к бруску массой ? Нить выдерживает максимальную силу натяжения . Трением пренебречь.

Анализ условия:

В задаче описаны два связанных груза;

Решим задачу для случая а . Тогда на первый брусок действует сила тяжести , сила реакции опоры , сила натяжения нити и сила . На второй брусок действует сила тяжести , сила реакции опоры и сила натяжения нити . Обозначим силы на рис. 3.

Рис. 3. Решение задачи для случая а

По третьему закону Ньютона ;

Грузы жестко связаны нерастяжимой нитью, значит, они оба движутся с одинаковым ускорением. Будем применять второй закон Ньютона.

Нам нужно решить задачу для случая, когда нить вот-вот разорвется, поэтому при вычислениях подставим значение .

Решение

Выберем систему координат. Как и в одной из предыдущих задач, в проекции на вертикальную ось координат мы получим для каждого бруска, что , нас в данной задаче это не интересует. Поэтому нам будет достаточно одной оси, направим ее вдоль действия силы (рис.4).

Применим второй закон Ньютона для каждого тела:

Запишем в проекции на ось x. Сразу подставим значения сил и и получим систему уравнений: .

Остается решить систему и найти .

Получим конечную формулу и ответ 16,3 Н. При ответе на вопрос б (показать графикой условие) задача будет решаться точно так же, только бруски 1 и 2 поменяются местами. Рекомендую вам проделать это самостоятельно, а я подставлю в конечной формуле вместо - и, наоборот, получим:

Четыре одинаковых бруска массой каждый связаны нитями и лежат на гладком столе (рис. 5). К первому бруску приложена сила , параллельная плоскости стола. Найдите силы натяжения всех нитей.

Рис. 5. Условие задачи

Анализ условия:

В задаче описаны четыре связанных бруска;

На каждый брусок действует сила тяжести , сила реакции опоры , силы натяжения нитей , которые прикреплены к рассматриваемому бруску, и на первый брусок еще действует сила .

По третьему закону Ньютона, первая нить действует на первый и второй груз с одинаковыми силами, равными по модулю и противоположными по направлению, обозначим это на рисунке как и . Вторая нить действует на второй и третий брусок с силами, равными и т.д. (рис.6).

Рис. 6. Силы, действующие на бруски

Грузы жестко связаны нерастяжимыми нитями, значит, они все движутся с одинаковым ускорением. Будем применять второй закон Ньютона.

Решение

Выберем систему координат. Как и в предыдущей задаче, в проекции на вертикальную ось координат мы получим для каждого бруска, что , нас в данной задаче это не интересует. Поэтому нам будет достаточно одной оси, направим ее вдоль действия силы .Применим второй закон Ньютона для каждого бруска.

При записи уравнений движения связанных тел необходимо иметь в виду, что второй закон Ньютона формулируется для тела (одного) массой m . Следовательно, при описании движения связанных тел уравнение движения должно быть записано для каждого тела в отдельности, а действие тел друг на друга определяется силой реакции опоры, натяжения нити и т. д.

Задача 10. На столе находится небольшой деревянный брусок массой 290 г, к которому привязана нить, перекинутая через невесомый блок, закрепленный на краю стола. Ко второму концу нити привязан груз массой 150 г. С каким ускорением будут двигаться эти тела, если коэффициент трения дерева о стол равен 0,32?

На брусок (рис. 10), расположенный на столе, очевидно (см. задачу 8), действуют четыре силы: сила тяжести; сила реакции опоры; сила натяжения нити и сила трения. На груз, подвешенный на нити, перекинутой через блок, очевидно (см. задачу 7), действуют две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. для каждого из этих тел, полагая, что их размерами в данной задаче можно пренебречь:

Координатные оси можно выбрать отдельно для каждого тела, поскольку после взятия проекций в формулах останутся только модули векторов (их длины), которые одинаковы во всех системах координат. Возьмем проекции векторов на координатные оси, добавим формулу для силы трения и получим:

Поскольку движущиеся тела связаны, то за одинаковый промежуток времени они будут проходить одинаковое расстояние. Отсюда следует, что модули ускорений, с которыми движутся эти тела, одинаковы. Силы натяжения нити, приложенные к бруску и к грузу, возникают вследствие взаимодействия этих тел и по модулю равны друг другу (более подробное объяснение равенства модулей этих сил будет приведено при изучении вращательного движения тел).

Решение системы уравнений выполним в следующем порядке: из второго уравнения выразим силу реакции опоры и подставим в третье уравнение, а получившееся при этом выражение для силы трения подставим в первое:

Сложим левые и правые части уравнений системы, при этом в правой части полученного выражения взаимно уничтожится неизвестная сила натяжения нити, а затем выразим ускорение:

;

Ответ : тела будут двигаться с ускорением
.

1. Движение под действием переменных сил

Если силы, действующие на тело, при его движении изменяются с течением времени, то ускорение, с которым движется тело, не будет оставаться постоянным. Это обстоятельство делает невозможным использование формул кинематики равноускоренного движения и требует применения дифференциального и интегрального исчисления при решении задач такого типа.

Задача 11. Водный мотоцикл массой 160 кг (без водителя) движется по спокойной воде. После падения водителя на крутом вираже и автоматической остановки двигателя скорость мотоцикла при его дальнейшем движении по прямой за 4,5 с уменьшилась в 10 раз. Считая силу сопротивления движению пропорциональной скорости (
), найти коэффициент сопротивления .

Движение вод-ного мотоцикла пос-ле остановки двигателя происходит под действием трех сил: силы тяжести, направленной вертикально вниз, силы Архимеда, направленной вверх, и силы сопротивления, направленной против скорости. На основании второго закона Ньютона запишем уравнение движения :

.

Выберем ось Ox вдоль направления движения. Тогда для этой оси уравнение можно переписать с учетом того, что проекции силы тяжести и силы Архимеда на горизонтальную ось равны нулю, а проекция силы сопротивления
:

.

Из уравнения видно, что ускорение, с которым движется водный мотоцикл, не остается постоянным с течением времени, а изменяется вместе с изменением скорости. По определению для ускорения при одномерном движении и произвольном характере зависимости ускорения от времени можно записать:

(именно поэтому в уравнении не взяты проекции скорости и ускорения).

Подставляя формулу в уравнение, получим дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными, в котором неизвестной является функция скорости от времени:

.

Разделим переменные и проинтегрируем обе части уравнения, полагая, что секундомер был включен в момент выключения двигателя:

.

С учетом формулы Ньютона-Лейбница и правил потенцирования, получим:

.

Если необходимо получить зависимость скорости от времени, то следует взять экспоненту от обеих частей выражения и применить к левой части основное логарифмическое тождество. В данной задаче искомую величину выразим непосредственно из формулы:

;

.

Ответ : коэффициент сопротивления движению
.

Класс: 10

Цели урока: учащиеся должны

• обобщить и систематизировать знания по данной теме.
• научиться применять их к решению задач повышенной сложности.

Задачи урока:

Образовательные задачи урока:

• Повторить основные законы динамики и кинематики с помощью решения задач.
• Продолжить работу над развитием умений работать с графиками.
• Продолжить работу над развитием умений решать количественные задачи по рассматриваемой теме.

Развивающие задачи:

• Развитие познавательного интереса к предмету посредством обучения учащихся переносить знания в практическую деятельность.
• Развитие умений применять полученные знания в новой ситуации.
• Развитие логического мышления учащихся, самостоятельности мышления.
• Продолжить работу над развитием умений решать физические задач.

Воспитательные задачи:

• Продолжить работу по воспитанию культуры научного труда посредством наблюдения, усвоения научной информации.
• Воспитание целеустремленности к процессам познания.
• Воспитание стремления к преодолению трудностей в процессе интеллектуальной деятельности.
• Аккуратность при оформлении чертежей;

I этап:

Цель: Организация учащихся для работы на уроке. Создание положительного эмоционального настроя на работу. Сообщение цели урока, форм организации их деятельности.

II этап:

Цель: Диагностика знаний учащихся, необходимых для решения задач.

а) Физический диктант.

Тело движется горизонтально под действием силы F = 2H, масса тела 2кг, ч = 0.2.

Уравнение движения тела x = 3+2t-0,5t 2

Зарисуйте все векторы.

Запишите II закон Ньютона в векторной форме.

Выберите оси координат и запишите закон в проекции на оси.

Найдите вес тела.

Найдите силу давления на поверхность.

Запишите уравнение зависимости V x (t).

Найдите силу трения F тр. (2 способа).

Ответы к физическому диктанту:

2) + тр + m + = m

3) F тр -? F = ma N - mg =0

4) P = N = mg P=20H

5) F g = N = 20H

6) V x = 2 - t 2

7) 1. F тр = чN N=mg F тр = чmg F тр =0,2*2кг*10м/с 2 = 4H

2. F тр = ma + F F тр = 1*2H+2H = 4H

После диктанта взаимоконтроль учащихся.

Оценка знаний: Все верно - "5"; 2 ошибки - "4"; 3 верных ответа - "2"

б) Проведем "аукцион" формул.

Учитель: продается лот.

На графике изображена зависимость V x (t) тела на горизонтальном участке. Извлеките максимум информации из него о движении этого тела.

Дано: m = 2кг

Правильный ответ - карточка. Четыре карточки - "5". Два помощника следят за быстротой поднятия рук.

Возможные варианты ответов.

По графику можно определить характер движения на участке

t (0,5) a 1 < 90 а 1 > 0 движение равноускоренное

t (5,10) a 2 > 90 а 2 < 0 движение равнозамедленное

Можно определить величину ускорения тела

а 1 = 2м/с 2 а 2 = -2 м/с 2 |а 1 |= |а 2 |

Определим перемещение на каждом участке S 1 = 25м S 2 = 25м

(двумя способами аналитически и графически)

Определим весь путь, пройденный телом (движение S 2 прямолинейно в одну сторону) S = S 1 + S 2 S=50м.

Определим среднюю скорость на всем пути V ср =S/t V ср = 5 м/с

На 1 участке равнодействующая сил направлена вдоль оси F 1 = 4H

На 2 участке равнодействующая сил направлена против оси F 2 = 4H

Можно записать зависимость V x (t)

Можно найти вес тела P = mg P = 20H

Подведение итогов. Выставление оценок. Поощрение хорошо работающих учеников.

III этап:

Цель: Закрепление и расширение знаний, умений и навыков в решении задач.

Задача №1.

Решает учитель у доски с комментариями учащихся.

Два груза, массы которых m 1 = 0.1кг; m 2 = 0.2кг связаны нитью и лежат на гладкой горизонтальной поверхности. К левому грузу приложена F 2 = 0,5H; к правому F 1 = 3H. Чему равна сила натяжения нити?

Изобразим все векторы сил действующие на тела.

Запишем уравнение II закона в векторной форме для каждого тела.

I тело 1 + 1 + + m 1 = m 1

II тело + 2 + 2 + m 2 = m 2

Каковы значения Т 1 и Т 2 ? Т 1 = Т 2 = Т Если ребята сомневаются, то опыт с резиной. Можно ли определить, кто натянул резину сильнее?

Запишем уравнение в проекциях на координатной оси.

ОХ: F 1 - Т = m 1 a ОХ: Т - F 2 = m 2 a

ОУ 1: N 1 - m 1 g = 0 ОУ2: N 2 - m 2 g = 0

Составляем систему: F 1 - Т = m 1 a

Т - F 2 = m 2 a

F 1 - F 2 = a(m 1 + m 2)

a = в уравнение Т = F 2 +

Дома сделайте вычисления, а так же выясните, изменится ли натяжение нити,если силы поменять местами.

На прошлом уроке я задала интересную задачу. Кто решил? Один из решивших оформляет решение на доске. В это время остальные учащиеся решают на местах задачу из сборника задач под редакцией Рымкевич № 312. С места один комментирует, другой расставляет силы на рисунке на доске.

Задача №2

Обращается внимание, что нити две, соответственно силы натяжения разные T 1 ?T 2

I тело: 1 + m 1 = m 1

II тело: 2 + + тр + 1 + m 2 = m 2

III тело: m 3 + 2 = m 3

0Y 1: T 1 -m 1 g = m 1 a

0X: T 2 - T 1 - F тр = m 2 a m 3 g - T 2 = m 3 a

0Y 2: N - m 2 g = 0 F тр = чN=чm 2 g

Составляем систему:

1) T 1 -m 1 g = m 1 a

2) T 2 - T 1 - чm 2 g = m 2 a

3) m 3 g - T 2 = m 3 a

m 3 g - m 1 g - чm 2 g = a(m 1 +m 2 +m 3)

g(2m-m-чm)=a(m+m+2m)

T 1 =m 1 (a+g) T 2 =m 3 (a+g)

Дома дорешайте в числах и найдите силу давления возникающую в оси левого блока (F g =N) (Силу реакции действующую на ось левого блока)

Задача №3

На гладком столе лежит брусок массой 2кг, на котором лежит тело 1кг. Какую силу нужно приложить к нижнему бруску, чтобы он двигался с а = g/2? Коэффициент трения между брусками 0,5.

IV этап.

Цель: Систематизировать знания с помощью алгоритма решения задач.

В ходе урока мы рассмотрели несколько задач. Давайте обобщим наши знания и вместе составим алгоритм решения задач такого типа. (Называют этапы учащиеся, учитель контролирует).

Записать краткое условие.

Сделать рисунок с указанием всех векторов.

Выбрать координатные оси для каждого тела в отдельности.

Найти проекции векторов на выбранные оси.

Написать второй закон в скалярной форме.

Составить систему уравнений (для каждого тела).

Решить её.

Оценить его "разумность".

В течение урока вы получили задание на дом:

Поменять F 1 и F 2 местами в задаче №1.

Найти силу реакции действующую на ось левого блока в задаче №2

Задача №313

А сейчас, в заключении нашего урока ещё раз проверьте свои ЗУН при работе с графиками и выполните тест. (Тест прилагается).

Проверяются ответы. Листочки с работами сдаются. Выставляются оценки активным участникам урока.

Урок решение задач «Движение связанных тел»

10 класс

Учитель Смирнова С.Г.

г. Саранск, МОУ «Луховский лицей»

Тип урока : Урок-практикум.

Цель урока: Привить умение применять законы Ньютона при решении комбинированных расчетных задач

Задачи урока:

Образовательные: повторить законы Ньютона, привить умение определять равнодействующую сил при движении по наклонной плоскости. При движении связанных тел.

Развивающие: развивать внимание и речь, совершенствовать навыки самостоятельной и парной работы.

Воспитательные формировать целостное представление обучающихся о мире (природе, обществе и самом себе), о роли и месте физики в системе наук.

Оборудование: компьютер учителя, мультимедийный проектор, Физика 7-11 Библиотека электронных наглядных пособий. “Кирилл и Мефодий”.

Ход урока

1. Орг.момент

2. Организация внимания учащихся

Тема нашего урока: Решение задач « Движение связанных тел»

3. Актуализация опорных знаний

Прежде чем перейти к решению задач, предлагаю проверить как вы к этому готовы.

Фронтальный опрос:

Сформулируйте законы Ньютона

Нарисуйте наклонную плоскость, покажите все силы, действующие на тело при втаскивании тела вверх

Определите проекции этих сил на выбранные вами оси координат

3. Решение задач.

З адача 1. Груз массой 1 кг, лежащий на столе, связан лёгкой нерастяжимой нитью, переброшенной через идеальный блок, с грузом массой 0,25 кг. На первый груз действует горизонтальная постоянная сила F, равная по модулю 1 Н (см. рисунок). При этом второй груз движется с ускорением 0,8 м/с2, направленным вниз. Каков коэффициент трения скольжения первого груза по поверхности стола?

Решение.

Два груза связаны между собой нерастяжимой нитью через блок. На первый груз действует сила Н и сила трения , направленная в противоположную сторону движения груза. На второй груз действует только сила тяжести, равная Н. Равнодействующая этих тел равна силе , которая вызывает движение системы из двух грузов с ускорением . Тогда, согласно второму закону Ньютона можно записать:

где - массы первого и второго грузов соответственно. Отсюда находим силу трения:

и коэффициент трения равен

.

Ответ: 0,05.

Задача 2. Грузы массами M = 1 кг и m связаны лёгкой нерастяжимой нитью, переброшенной через блок, по которому нить может скользить без трения (см. рисунок). Груз массой М находится на шероховатой наклонной плоскости (угол наклона плоскости к горизонту α = 30°, коэффициент трения µ = 0,3). Чему равно максимальное значение массы m, при котором система грузов ещё не выходит из первоначального состояния покоя?

Решение.

1. Если масса m достаточно велика, но грузы ещё покоятся, то сила трения покоя, действующая на груз массой M, направлена вниз вдоль наклонной плоскости (см. рисунок).

2. Будем считать систему отсчёта, связанную с наклонной плоскостью, инерциальной. Запишем второй закон Ньютона для каждого из покоящихся тел в проекциях на оси введённой системы координат:

Учтём, что T1 = Т2 = Т (нить лёгкая, между блоком и нитью трения нет), (сила трения покоя). Тогда Т = mg, , , и мы приходим к неравенству с решением . Таким образом,

кг.

Задача 3. В установке, изображённой на рисунке, грузик А соединён перекинутой через блок нитью с бруском В, лежащим на горизонтальной поверхности трибометра, закреплённого на столе. Грузик отводят в сторону, приподнимая его на высоту h, и отпускают. Длина свисающей части нити равна L, Какую величину должна превзойти масса грузика, чтобы брусок сдвинулся с места в момент прохождения грузиком нижней точки траектории? Масса бруска М, коэффициент трения между бруском и поверхностью µ. Трением в блоке, а также размерами блока пренебречь.

Брусок сдвигается с места при условии, что сила, действующая на него со стороны нити, станет больше максимальной силы трения покоя: , . Второй закон Ньютона для грузика в нижнем положении:

. (1)

Закон сохранения механической энергии:

, . (2)

Движение системы тел

Динамика: движения системы связанных тел.

Проецирование сил нескольких объектов.

Действие второго закона Ньютона на тела, которые скреплены нитью

Если ты, дружок, позабыл, как силушку проецировать, советую в своей головушке освежить.

А для тех, кто все помнит, поехали!

Задача 1. На гладком столе лежат два связанных невесомой и нерастяжимой ниткой бруска с массой 200 г левого и массой правого 300 г. К первому приложена сила 0,1 Н, к левому - в противоположном направлении сила 0,6 Н. С каким ускорением движутся грузы?

Движение происходит только на оси X.

Т.к. к правому грузу приложена большая сила, движение данной системы будет направлено вправо, поэтому направим ось так же. Ускорение у обоих брусков будет направлено в одну сторону - сторону большей силы.

Сложим верхнее и нижнее уравнение. Во всех задачах, если нет каких-то условий сила натяжения у разных тел одинакова T₁ и Т ₂.

Выразим ускорение:

Ответ: 1 м/с²

Задача 2. Два бруска, связанные нерастяжимой нитью, находятся на горизонтальной плоскости. К ним приложены силы F₁ и F₂, составляющие с горизонтом углы α и β. Найти ускорение системы и силу натяжения нити. Коэффициенты трения брусков о плоскость одинаковы и равны μ. Силы F₁ и F₂ меньше силы тяжести брусков. Система движется влево.

Cистема движется влево, однако ось можно направить в любую сторону (дело лишь в знаках, можете поэксперментировать на досуге). Для разнообразия направим вправо, против движения всей системы, мы же любим минусы! Спроецируем силы на Ох (если с этим сложности - ).

По II з. Ньютона спроецируем силы обоих тел на Ох:

Сложим уравнения и выразим ускорение:

Выразим натяжение нити. Для этого приравняем ускорение из обоих уравнений системы:

Задача 3 . Через неподивжный блок перекинуты нить, к которой подвешены три одинаковых груза (два с одной стороны и один с другой) массой 5 кг каждый. Найти ускорение системы. Какой путь пройдут грузы за первые 4 с движения?

В данной задаче можно представить, что два левых груза скреплены вместе без нити, это избавит нас от проецирования взаимно равных сил.

Вычтем из первого уравнения второе:

Зная ускорение и то, что начальная скорость равна нулю, используем формулу пути для равноускоренного движения:

Ответ: 26,64 м

Задача 4. Два груза массами 4 кг и 6 кг соединены легкой нерастяжимой нитью. Коэффициенты трения между грузом и столом μ = 0,2. Определите ускорение, с которым будут двигаться грузы.

Запишем движение тел на оси, из Oy найдем N для силы трения (Fтр = μN):

(Если сложно понять, какие уравнения понадобятся для решения задачи, лучше запишите все)

Сложим два нижних уравнения для того, чтобы T сократилось:

Выразим ускорение:

Ответ: 2,8 м/с²

Задача 5. На наклонной поскости с углом наклона 45° лежит брускок массой 6 кг. Груз массой 4 кг присоединен к бруску при помощи нити и перекинут через блок. Определите натяжение нити, если коэффициент трения бруска о плоскость μ = 0,02. При каких значениях μ система будет в равновесии?

Ось направим произвольно и предположим, что правый груз перевешивает левый и поднимает его вверх по наклонной плоскости.

Из уравнения на ось Y выразим N для силы трения на ось Х (Fтр = μN):

Решим систему, взяв уравнение для левого тела по оси Х и для правого тела по оси Y:

Выразим ускорение, чтобы осталась одна неизвестная T, и найдем ее:

Система будет в равновесии. Это означает, что сумма всех сил, действующих на каждое из тел, будет равна нулю:

Получили отрицательный коэффициент трения, значит, движение системы мы выбрали неверно (ускорение, силу трения). Можно это проверить, подставив силу натяжения нити Т в любое уравнение и найдя ускорение. Но ничего страшного, значения остаются теми же по модулю, но противоположными по направлению.

Значит, правильное направление сил должно выглядить так, а коэффициент трения, при котором система будет в равновесии, равен 0,06.

Ответ: 0,06

Задача 6. На двух наклонных плоскостях находится по грузу массами 1 кг. Угол между горизонталью и плоскостями равен α = 45° и β = 30°. Коэффициент трения у обеих плоскостей μ = 0,1. Найдите ускорение, с которым движутся грузы, и силу натяжения нити. Каким должно быть отношение масс грузов, чтобы они находились в равновесии.

В данной задаче уже потребуются все уравнения на обе оси для каждого тела:

Найдем N в обоих случаях, подставим их в силу трения и запишем вместе уравнения для оси Х обоих тел:

Сложим уравнения и сократим на массу:

Выразим ускорение:

Подставив в любое уравнение найденное ускорение, найдем Т:

А теперь одолеем последний пункт и разберемся с соотношением масс. Сумма всех сил, действующих на любое из тел, равна нулю для того, чтобы система находилась в равновесии:

Сложим уравнения

Все, что с одной массой, перенесем в одну часть, все остальное - в другую часть уравнения:

Получили, что отношение масс должно быть таким:

Однако, если мы предположим, что система может двигаться в другом направлении, то есть правый груз будет перевешивать левый, направление ускорения и силы трения изменится. Уравнения останутся такими же, а вот знаки будут другими, и тогда отношение масс получится таким:

Тогда при соотношении масс от 1,08 до 1,88 система будет находиться в покое.

У многих может сложиться впечатление, что соотношение масс должно быть каким-то конкретным значением, а не промежутком. Это правда, если отстутвует сила трения. Чтобы уравновешивать силы тяжести под разными углами, найдется только один варинт, когда система находится в покое.

В данном же случае сила трения дает диапазон, в котором, пока сила трения не будет преодолена, движения не начнется.

Ответ: от 1,08 до 1,88