2.8.34. Лестница опирается на вертикальную стену и пол. При каких значениях угла между лестницей и полом она может стоять, если коэффициенты трения лестницы о пол и о стену равны $\mu_1$ и $\mu_2$ соответственно?
Решение
Запишем второй закон Ньютона для оси $x$ и $y$, с учетом того, что ускорение равно нулю.
Для горизонтали: $$\mu_1N_1=N_2$$ Для вертикали: $$\mu_2N_2+N_1=mg$$ Подставим силу реакции стены во второе уравнение: $$\mu_1\mu_2N_1+N_1=mg$$ Выразим силу реакции пола: $$N_1=\frac{mg}{1+\mu_1\mu_2}$$ Отсюда сила реакции стены: $$N_2=\frac{\mu_1mg}{1+\mu_1\mu_2}$$ Запишем уравнение статики относительно точки сопрекосновения с полом: $$\mu_2N_2cos\alpha L+N_2sin\alpha L=mgcos\alpha \frac{L}{2}$$ Сократим длину лестницы, подставив силы реакции опоры и сократив вес: $$\frac{\mu_1\mu_2cos\alpha}{1+\mu_1\mu_2}+\frac{\mu_1sin\alpha}{1+\mu_1\mu_2}=\frac{cos\alpha}{2}$$ Решаем уравнение: $$\frac{\mu_1sin\alpha}{1+\mu_1\mu_2}=cos\alpha(\frac{1}{2}-\frac{\mu_1\mu_2}{1+\mu_1\mu_2})$$ $$\frac{\mu_1sin\alpha}{1+\mu_1\mu_2}=cos\alpha(1+\mu_1\mu_2-2\mu_1\mu_2)\frac{1}{2(1+\mu_1\mu_2)}$$ Поделим обе части уравнения на косинус, получив слева тангенс: $$\mu_1tg\alpha=\frac{1-\mu_1\mu_2}{2}$$ Получаем ответ: $$\boxed{tg\alpha=\frac{1-\mu_1\mu_2}{2\mu_1}}$$
Ответ
При меньшим угле лестница соскользнет, следовательно полный ответ таков: $$tg\alpha\geq\frac{1-\mu_1\mu_2}{2\mu_1}$$