2.1.30∗. Тело массы $m_1$ лежит на доске массы $m_2$, находящейся на гладкой горизонтальной плоскости. Коэффициент трения между телом и доской $\mu$.
а. Какую силу надо приложить к доске, чтобы тело соскользнуло с нее? За какое время тело соскользнет, если к доске приложена сила $F_0$, а длина доски равна $l$?
б. С каким ускорением движутся тело и доска, если сила $F_0$ действует на тело массы $m_1$?
Решение
$а)$ Чтобы тело начало скольжение прикладываемая сила должна превосходить силу трения. При определении величины силы трения необходимо учесть, что в соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на доску, а доска на тело, поэтому будет проявляться двойная сила трения
$$F_t = \mu g (m_1 + m_2)$$
Условие начала движения:
$$\boxed{F > \mu g (m_1 + m_2)}$$
Тело соскользнёт, когда доска сместится относительно тела на длину $l$. Введём относительное ускорение $a_\text{отн} = a_2 - a_1$ и воспользуемся кинематикой:
$$l = \frac{a_\text{отн} t^2}{2} \Rightarrow t = \sqrt{\frac{2l}{a_\text{отн}}}$$
Запишем второй закон Ньютона отдельно для тела и для доски (при скольжении на тело со стороны доски и на доску со стороны тела действует сила трения скольжения $\mu m_1 g$):