ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 20.3: Силы трения покоя, скольжения, качения. Сила сопротивления

План решения:

Для определения характера изменения силы трения необходимо проанализировать две составляющие этой силы: силу трения скольжения и силу сопротивления среды (воздуха). Сила трения скольжения зависит от нормального давления стержня на поверхность стола. Поскольку угол наклона стола постоянен, а масса стержня не меняется, то проекция силы тяжести на перпендикуляр к поверхности также остаётся постоянной. Следовательно, сила сухого трения скольжения F_тр =μN является величиной постоянной на всём пути соскальзывания.

Однако в условии задачи явно упоминается «сила сопротивления», что указывает на необходимость учёта влияния воздушной среды. При движении тела в воздухе возникает сила сопротивления, которая возрастает с увеличением скорости. Так как стержень соскальзывает под действием составляющей силы тяжести, он движется равноускоренно (или с ускорением, стремящимся к нулю при достижении предельной скорости), то есть его скорость v непрерывно растёт. Это приводит к тому, что полная сила, препятствующая движению (сумма трения и сопротивления воздуха), изменяется во времени.

Вычисление и анализ вариантов:

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

• Вариант 1 («не изменяется») верен только для идеализированного случая без учёта сопротивления воздуха, когда действует лишь сухое трение.
• Вариант 2 («изменяется по линейному закону») предполагает прямую пропорциональность силы скорости (F><v), что верно для малых скоростей или вязких жидкостей, но для воздуха при обычных скоростях зависимость квадратичная (F><v²).
• Вариант 4 («до середины... равной нулю») физически абсурден, так как трение исчезает только при отсутствии контакта или нормального давления.

Если задача рассматривается в рамках школьного курса механики твёрдого тела без глубокого анализа аэродинамики, часто подразумевается, что сила трения скольжения постоянна. Однако заголовок темы включает «Силу сопротивления». Если мы говорим о полной силе торможения, она растёт со скоростью. Но давайте посмотрим на стандартную трактовку таких задач в учебниках Пёрышкина/Генденштейна для 10 класса. Обычно вопрос «Как изменяется сила трения» относится именно к силе сухого трения, если не сказано «полная сила сопротивления». В контексте соскальзывания жесткого стержня по плоскости нормальная реакция N=mg<p>Тем не менее, наличие варианта «постепенно уменьшается» может сбивать с толку, если путать с силой тяги при равномерном движении. Но здесь движение ускоренное. Давайте проверим вариант 3. Может ли сила трения уменьшаться? Нет,μи N константы.</p><p>Вернёмся к формулировке темы:«Силы трения покоя, скольжения, качения. Сила сопротивления». Вопрос задан конкретно про «силу трения при соскальзывании». В классической модели сухого трения Амонтона-Кулона сила трения скольжения не зависит от скорости и площади контакта, а зависит только от нормального давления. Нормальное давление стержня на стол постоянно. Следовательно, сила трения скольжения постоянна.</p><p>Если бы учитывалась сила сопротивления воздуха, она бы росла. Но обычно под «силой трения» в таких тестах понимают именно контактное трение. Среди вариантов нет «растёт». Есть «не изменяется». Это соответствует закону сухого трения.</p><p><strong>Проверка:</strong></p><p>Уравнение движения вдоль оси стержня:ma = mg