Механика
Динамика

Наклонная плоскость и связанные тела

Мякишев «Физика 10», динамика
◆

Что нужно помнить из 7–9 класса

база 7–9 класса
Второй закон Ньютона в проекциях — рабочий инструмент этого урока: ma=Fma = F по каждой оси отдельно.
Короткое напоминание2

Ускорение сонаправлено равнодействующей, а не скорости.

Силы, приложенные к разным телам, складывать нельзя — это и есть смысл третьего закона.

Подробно — в уроке ОГЭ
1

Алгоритм задачи по динамике

Нарисовать все силы → выбрать оси, одну вдоль ускорения → записать второй закон в проекциях → решить систему.
Где чаще всего ошибаются3

Оси выбирают так, чтобы ускорение шло вдоль одной из них — тогда во второй проекции оно нулевое, и уравнение проще.

Раскладывают по осям именно силы, а не «ускорение по силам».

На наклонной плоскости оси удобно направить вдоль и поперёк склона, а не горизонтально-вертикально.

2

Наклонная плоскость

Сила тяжести раскладывается на скатывающую вдоль склона и прижимающую поперёк.
a=g(sin⁡α−μcos⁡α),покой при tg α≤μa = g(\sin\alpha - \mu\cos\alpha), \qquad \text{покой при } \mathrm{tg}\,\alpha \le \muN=mgcos⁡αN = mg\cos\alpha, скатывающая составляющая mgsin⁡αmg\sin\alpha
mgmg·sinαmg·cosαNαприжимает: N = mg·cosα · скатывает: mg·sinα
Направление трения2

Трение всегда против относительного проскальзывания. Тело съезжает вниз — трение вверх по склону; тело тянут вверх — трение вниз.

Поэтому при смене направления движения формулу надо переписывать со сменой знака.

⚗
Опыт в Физлабе
Наклонная плоскость
Разложение силы тяжести по осям видно прямо на чертеже.
Открыть опыт
3

Связанные тела

У тел, соединённых нитью или сцепкой, одно ускорение по модулю. Натяжение невесомой нити одинаково по всей длине.
Приём в две строки3

Сначала рассмотри систему целиком: a=F/(m1+m2)a = F / (m_1 + m_2) — внутренние силы взаимно уничтожаются.

Потом возьми одно тело отдельно и найди из него натяжение.

Тянущая сила приложена к одному телу, второе везёт натяжение — прикладывать её к обоим нельзя.

⚗
Опыт в Физлабе
Нити и блоки
Ускорение общее, натяжения разные — видно на числах.
Открыть опыт
Разобранные примеры
Тело скользит без трения по наклонной плоскости с углом 30∘30^\circ. Найдите ускорение.разбор
  1. Ось направляем вдоль наклона. Вдоль неё действует только проекция силы тяжести: mgsin⁡αmg\sin\alpha.
  2. ma=mgsin⁡αma=mg\sin\alpha, масса сокращается: a=gsin⁡30∘=10⋅0,5=5a=g\sin30^\circ=10\cdot0{,}5=5 м/с².
  3. Ускорение не зависит от массы.
Ответ: 55 м/с²
Через невесомый блок перекинута нить с грузами 33 кг и 22 кг. Найдите ускорение системы и силу натяжения нити.разбор
  1. Для системы: a=(m1−m2)gm1+m2=1⋅105=2a=\dfrac{(m_1-m_2)g}{m_1+m_2}=\dfrac{1\cdot10}{5}=2 м/с².
  2. Для лёгкого груза (движется вверх): T−m2g=m2aT-m_2g=m_2a, значит T=2(10+2)=24T=2(10+2)=24 Н.
  3. Проверка на тяжёлом: 30−24=6=3⋅230-24=6=3\cdot2 — сходится.
Ответ: a=2a=2 м/с², T=24T=24 Н