2.3.6. Однородный брусок, скользящий по гладкой горизонтальной поверхности, попадает на шероховатый участок этой поверхности ширины $L$, коэффициент трения о который $\mu$. При какой начальной скорости он преодолеет этот участок?
К задаче $2.3.6$
Решение
На брусок действует постоянная сила трения скольжение $\vec{F}_{тр}$, которую найдём из закона Амантона-Ньютона
$$\vec{F}_{тр}=\mu\vec{N} \quad (1)$$
$$\vec{F}_{тр}=\mu m\vec{g} \quad (2)$$
Из закона сохранения механической энергии:
$$F_{тр} x = \frac{mv_0^2}{2}-\frac{mv^2}{2} \quad (3)$$
Подставление значение для силы трения $F_{тр}$ из $(2)$
$$\mu m g x = \frac{mv_0^2}{2}-\frac{mv^2}{2} \quad (4)$$
Сокращяем на массу бруска $m$
$$\mu g x = \frac{v_0^2}{2}-\frac{v^2}{2} \quad (5)$$
Выражаем скорость бруска
$$v = \sqrt{v_0^2-2\mu g x} \quad (6)$$
Где $v_0$ – начальная скорость бруска
Брусок остановится если $v=0$:
$$\sqrt{v_0^2-2\mu g x} = 0 \quad (7)$$
Из области определения функции
$$v_0^2-2\mu g x \geq 0\Rightarrow \boxed{v_0\geq\sqrt{2\mu g x}}$$