наклонная плоскость с углом наклона а движется влево с ускорением а при каком значении
В 16:13 поступил вопрос в раздел ЕГЭ (школьный), который вызвал затруднения у обучающегося.
Вопрос вызвавший трудности
Ответ подготовленный экспертами Учись.Ru
После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом:
ответ к заданию по физике 
НЕСКОЛЬКО СЛОВ ОБ АВТОРЕ ЭТОГО ОТВЕТА:
Работы, которые я готовлю для студентов, преподаватели всегда оценивают на отлично. Я занимаюсь написанием студенческих работ уже более 4-х лет. За это время, мне еще ни разу не возвращали выполненную работу на доработку! Если вы желаете заказать у меня помощь оставьте заявку на этом сайте. Ознакомиться с отзывами моих клиентов можно на этой странице.
ПОМОГАЕМ УЧИТЬСЯ НА ОТЛИЧНО!
Выполняем ученические работы любой сложности на заказ. Гарантируем низкие цены и высокое качество.
Деятельность компании в цифрах:
Зачтено оказывает услуги помощи студентам с 1999 года. За все время деятельности мы выполнили более 400 тысяч работ. Написанные нами работы все были успешно защищены и сданы. К настоящему моменту наши офисы работают в 40 городах.
Площадка Учись.Ru разработана специально для студентов и школьников. Здесь можно найти ответы на вопросы по гуманитарным, техническим, естественным, общественным, прикладным и прочим наукам. Если же ответ не удается найти, то можно задать свой вопрос экспертам. С нами сотрудничают преподаватели школ, колледжей, университетов, которые с радостью помогут вам. Помощь студентам и школьникам оказывается круглосуточно. С Учись.Ru обучение станет в несколько раз проще, так как здесь можно не только получить ответ на свой вопрос, но расширить свои знания изучая ответы экспертов по различным направлениям науки.
Наклонная плоскость с углом наклона а движется влево с ускорением а при каком значении
Тема. Решение задач по теме « Неинерциальные системы отсчета».
— рассмотреть силы инерции, которые вводятся для описания движения в неинерциальных системах отсчета, движущихся поступательно с ускорением или вращающихся относительно инерциальных систем отсчета;
— показать на нескольких примерах методы решения задач в неинерциальных системах отсчета.
Прежде чем приступить к выполнению задания, следует рассмотреть на примере качественных задач два типа неинерциальных систем отсчета:
— системы, движущиеся относительно какой-либо инерциальной системы отсчета, например Земли, прямолинейно и ускоренно;
— системы, вращающиеся с постоянной угловой скоростью относительно какой-либо инерциальной системы отсчета.
1. Можно ли в вагоне движущегося поезда с помощью отвеса обнаружить наклон железнодорожного полотна на повороте?
2. Пусть система отсчета, связанная с Землей, является инерциальной. Можно ли считать инерциальной систему отсчета, связанную с автомобилем, если он
а) движется равномерно по прямолинейному участку шоссе;
б) разгоняется по прямолинейному участку шоссе;
в) движется равномерно по извилистой дороге;
г) по инерции вкатывается на гору.
3. Закрытый фонарь со свечой движется прямолинейно с ускорением. Можно заметить, что при этом пламя наклоняется в направлении ускорения движения. Как объяснить явление?
4. Куда отклонится пламя свечи в фонаре, находящемся на вращающейся карусели?
5. Автомобиль делает резкий поворот. Пассажир, сидящий у правой стенки, оказался прижатым к ней. В какую сторону сделал поворот автомобиль?
6. Почему в северном полушарии река подмывает правые берега?
Примеры решения расчетных задач
Решение:
Систему отсчета удобно связать с наклонной плоскостью. Но плоскость движется с ускорением по отношению к Земле. Для рассматриваемого движения Земля является инерциальной системой отсчета. Следовательно, система отсчета, связанная с наклонной плоскостью, неинерциальна, и в уравнении движения тела необходимо ввести поступательную силу инерции.
Таким образом, на движущееся тело в системе отсчета, связанной с наклонной плоскостью, действуют четыре силы: сила тяжести 
, сила нормальной реакции 
, сила трения 
и поступательная сила инерции 
(рис. 2). Уравнение движения тела запишется следующим образом:
, (1)
где 
– ускорение тела.
,
.
Учитывая, что 
, из этой системы уравнений получим
.
Так как ускорение 
не зависит от времени, то время движения тела по наклонной плоскости будет равно
.
Ответ: 
.
Задача 2. Мотоциклист движется по горизонтальной плоскости, описывая окружность радиуса R = 100 м. Коэффициент трения колес о почву m = 0,4. На какой угол a от вертикали должен отклониться мотоциклист при скорости v 1 = 20 м/с? С какой максимальной скоростью он может ехать по заданной окружности?
Реше н ие:
Считаем мотоциклиста и мотоцикл единым телом. На него действуют: сила тяжести , сила нормальной реакции , сила тяги двигателя, сила трения качения, направленная по касательной к траектории, сила трения покоя 
, направленная к центру окружности (рис. 3), (сила тяги двигателя и сила трения качения на рисунке не указаны). Так как скорость мотоциклиста постоянна по величине, то сила тяги и сила трения качения друг друга компенсируют. Сила нормальной реакции и сила трения покоя создают вращающий момент относительно горизонтальной оси, проходящей через центр масс движущегося тела. Свяжем систему отсчета с этой осью. Так как центр масс тела движется по окружности относительно Земли, то есть имеет нормальное ускорение, то выбранная система отсчета будет неинерциальной. Она вращается относительно инерциальной системы отсчета, связанной с Землей, а значит, на движущееся в ней тело будет действовать центробежная сила инерции 
.
Будем полагать, что линейные размеры мотоциклиста много меньше радиуса окружности, а значит, все точки тела будут двигаться с одинаковым ускорением. Тогда центробежная сила инерции определится выражением 
, где m – масса движущегося тела, w – угловая скорость вращения этого тела. Центробежная сила приложена в центре масс тела, то есть проходит через горизонтальную ось вращения, связанную с центром масс тела, а значит, ее момент относительно этой оси равен нулю. Условие отсутствия вращательного движения запишется следующим образом:
,
где 
– расстояние от почвы до центра масс тела, измеренное вдоль прямой, проходящей через точку опоры и центр масс тела. Отсюда
. (2)
.
.
Подставим полученные выражения в (2), тогда получим
.
Чтобы найти максимальное значение скорости, с которой может ехать велосипедист, воспользуемся тем, что максимальное значение силы трения покоя
.
Проскальзывания не будет, если
,
.
м/с.
Ответ: ; м/с.
Задача 3. Два шарика, связанных нитью, могут скользить по гладкому стержню. Каково отношение масс шариков, если при их вращении они остаются в равновесии, когда один из них находится на расстоянии R 1 = 7 см, а второй на расстоянии R 2 = 14 см от оси вращения?
Будем решать задачу в системе отсчета, связанной со стержнем. Шарики относительно стержня покоятся. Такая система отсчета является неинерциальной: она вращается относительно Земли. Поэтому на каждый шарик в горизонтальном направлении помимо силы натяжения нити будет действовать центробежная сила инерции.
,
где 
– угловая скорость вращения стержня относительно Земли, R – радиус окружности, по которой движется шарик. Силы натяжения, действующие на каждый шарик, равны по величине. Так как шарики неподвижны, то будут равны по величине и центробежные силы инерции, действующие на шарики:
.
.
Ответ : 
.
Выберем в качестве тела отсчета куб. Такая система отсчета будет неинерциальной. Она движется поступательно с ускорением а относительно системы отсчета, связанной с Землей, которую можно считать инерциальной для описания рассматриваемого движения. Для описания движения в такой системе отсчета необходимо ввести поступательную силу инерции . Жидкость в выбранной системе отсчета покоится.
Выберем два очень узких столбика жидкости – вертикальный и горизонтальный. На рис. 4 они показаны заштрихованными полосками. Так как эти столбики неподвижны, то результирующая сила, действующая на каждый столбик, равна нулю.
На вертикальный столбик вдоль оси Y действует сила тяжести и силы давления на верхнее и нижнее основание. Поэтому условие его равновесия запишется так:
,
где 
– давление на нижнее основание, 
– атмосферное давление, 
– масса столбика, S – площадь его поперечного сечения. Здесь учтено, что сила давления на верхнее основание равна 
, а ее проекция на ось Y равна 
.
На горизонтальный столбик вдоль оси X действуют силы давления и поступательная сила инерции. Условие равновесия этого столбика имеет вид:
,
где – давление на столбик вблизи 
, равное атмосферному давлению, 
– масса горизонтального столбика.
Подставим значения и в условия равновесия выделенных столбиков жидкости. Тогда условия равновесия столбиков запишутся следующим образом:
,
.
Сложив два последних соотношения, получим
.
Задачи для самостоятельной работы
Ответ: 
, 
. Здесь – угловая скорость вращения Земли.
3. Муфточка А может свободно скользить вдоль гладкого стержня, изогнутого в форме полукольца радиуса R (рис. 6). Систему привели во вращение с постоянной угловой скоростью вокруг вертикальной оси 
. Найдите угол 
, соответствующий устойчивому положению муфточки.
Ответ: если 
, то существуют два положения равновесия: 
и 
. Если 
, то будет только одно положение равновесия . Если существует только нижнее положение равновесия, оно устойчиво. При появлении второго положения равновесия (оно всегда будет устойчивым) нижнее положение равновесия становится неустойчивым.
а) ускорение груза относительно кабины;
б) силу 
, с которой блок действует на потолок кабины.
Ответ : 
.
1. Физика. Механика / Под ред. Г.Я. Мякишева. – М.: Просвещение, 1995. – С. 245–259.
2. Белолипецкий С.Н., Еркович О.С., Казаковцева В.А. и др. Задачник по физике. – М.: Физматлит, 2005. – С. 63–67.
3. Готовцев В.В. Лучшие задачи по механике и термодинамике. – М.; Ростов н/Д: Издательский центр «Март», 2004. – С. 184–212.
Физика: движение тела по наклонной плоскости. Примеры решения и задачи
Основная формула динамики
Прежде чем переходить к изучению физики движения тела по плоскости наклонной, приведем необходимые теоретические сведения для решения этой задачи.
В XVII Исаак Ньютон благодаря практическим наблюдениям за движением макроскопических окружающих тел вывел три закона, носящих в настоящее время его фамилию. На этих законах зиждется вся классическая механика. Нас интересует в данной статье лишь второй закон. Его математический вид приведен ниже:
Вам будет интересно: Эйлера теорема. Теорема Эйлера для простых многогранников
Формула говорит о том, что действие внешней силы F¯ придаст ускорение a¯ телу массой m. Это простое выражение будем далее использовать для решения задач движения тела по плоскости наклонной.
Наклонная плоскость и силы, действующие на тело, находящееся на ней
Вам будет интересно: Афанасьевская культура: локализация, датировка, носители
Ключевым моментом, от которого зависит успех решения задач движения тела по плоскости наклонной, является определение действующих на тело сил. Под определением сил понимают знание их модулей и направлений действия.
Ниже дан рисунок, где показано, что тело (автомобиль) находится в покое на наклоненной под углом к горизонту плоскости. Какие силы на него действуют?
Список ниже перечисляет эти силы:
Далее опишем подробнее каждую из них применительно к рассматриваемой задаче.
Сила тяжести
Вам будет интересно: Антрополог Станислав Владимирович Дробышевский: биография и научная деятельность
Реакция опоры
Второй действующей на тело силой является реакция опоры (N). Причина ее появления связана с третьим законом Ньютона. Величина N показывает, с какой силой плоскость воздействует на тело. Она направлена вверх перпендикулярно плоскости наклонной. Если бы тело находилось на горизонтальной поверхности, то N равнялась бы его весу. В рассматриваемом же случае N равна лишь второй составляющей, полученной при разложении силы тяжести (см. абзац выше).
Реакция опоры не оказывает прямого воздействия на характер движения тела, поскольку она перпендикулярна плоскости наклона. Тем не менее она обуславливает появление трения между телом и поверхностью плоскости.
Сила трения
Третьей силой, которую следует учитывать при исследовании движения тела по наклонной плоскости, является трение (Ff). Физическая природа трения является непростой. Ее появление связано с микроскопическими взаимодействиями соприкасающихся тел, имеющих неоднородные поверхности контакта. Выделяют три вида этой силы:
Трение покоя и скольжения описываются одной и той же формулой:
Трение качения описывается по отличной от предыдущей формуле. Она имеет вид:
Сила Ff, какого бы типа она ни была, всегда направлена против движения тела, то есть Ff стремится остановить тело.
Натяжение нити
При решении задач движения тела по наклонной плоскости эта сила не всегда присутствует. Ее появление определяется тем, что находящееся на наклонной плоскости тело связано с помощью нерастяжимой нити с другим телом. Часто второе тело свисает на нити через блок за пределами плоскости.
На находящийся на плоскости предмет, сила натяжение нити воздействует либо ускоряя его, либо замедляя. Все зависит от модулей сил, действующих в физической системе.
Появление этой силы в задаче значительно усложняет процесс решения, поскольку приходится рассматривать одновременно движение двух тел (на плоскости и свисающего).
Далее приведем пример решения двух задач без участия силы натяжения нити.
Задача на определение критического угла
Теперь пришло время применить описанную теорию для решения реальных задач движения по наклонной плоскости тела.
Предположим, что брус из дерева имеет массу 2 кг. Он находится на деревянной плоскости. Следует определить, при каком критическом угле наклона плоскости брус начнет по ней скользить.
Скольжение бруса наступит только тогда, когда суммарная действующая вниз вдоль плоскости сила на него окажется больше нуля. Таким образом, чтобы решить эту задачу, достаточно определить результирующую силу и найти угол, при котором она станет больше нуля. Согласно условию задачи на брус будут вдоль плоскости оказывать действие только две силы:
Чтобы началось скольжение тела, должно выполняться условие:
Отметим, что если составляющая силы тяжести превысит трение покоя, то она также будет больше силы трения скольжения, то есть начавшееся движение будет продолжаться с постоянным ускорением.
Рисунок ниже показывает направления всех действующих сил.
Обозначим критический угол символом θ. Несложно показать, что силы Fg1 и Ff будут равны:
Подставляем найденные величины в неравенство, получаем:
m × g × sin(θ) ≥ µ × m × g × cos(θ).
Преобразуя это равенство, приходим к условию движения тела:
Мы получили весьма интересный результат. Оказывается, значение критического угла θ не зависит от массы тела на наклонной плоскости, а однозначно определяется коэффициентом трения покоя µ. Подставляя его значение в неравенство, получим величину критического угла:
Задача на определение ускорения при движении по наклонной плоскости тела
Теперь решим несколько иную задачу. Пусть на стеклянной наклонной плоскости находится брус из дерева. Плоскость к горизонту наклонена под углом 45o. Следует определить, с каким ускорением будет двигаться тело, если его масса равна 1 кг.
Запишем главное уравнение динамики для этого случая. Поскольку сила Fg1 будет направлена вдоль движения, а Ff против него, то уравнение примет вид:
Подставляем полученные в предыдущей задаче формулы для сил Fg1 и Ff, имеем:
Откуда получаем формулу для ускорения:
Снова мы получили формулу, в которой нет массы тела. Этот факт означает, что бруски любой массы будут соскальзывать за одно и то же время по наклонной плоскости.
Учитывая, что коэффициент µ для трущихся материалов дерево-стекло равен 0,2, подставим все параметры в равенство, получим ответ:
Таким образом, методика решения задач с наклонной плоскостью заключается в определении результирующей силы, действующей на тело, и в последующем применении второго закона Ньютона.