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:
$$\boxed{F > \mu g (m_1 + m_2)}$$
Для определения времени скольжения воспользуемся кинематическими уравнениями:
$$l = \frac{a t^2}{2} \Rightarrow t = \sqrt{\frac{2L}{a}}$$
Ускорение a при действии вдоль доски постоянной силы $F_0$, определим из уравнения второго закона Ньютона в проекции на направление движения:
$$F_0 - F_t = m_1 a$$
$$a = \frac{F_0 - \mu g (m_1 + m_2)}{m_1}$$
Время скольжения:
$$\boxed{t = \sqrt{\frac{2 L m_1}{F_0 - \mu g (m_1 + m_2)}}}$$
$б)$ На тело действует две внешние силы $F_0$ и сила трения $F_{тр}$. Запишем второй закон Ньютона для тела
$$m_1a_1 = F_0 - F_{тр}$$
Учитывая, что
$$F_{тр} = \mu N = \mu m_1 g$$
$$m_1a_1 = F_0 - \mu m_1 g$$
Откуда $a_1$ найдём как
$$\boxed{a_1 = \frac{F_0 - \mu m_1 g}{m_1}}$$
Между тем, из внешних сил на доску действует только сила трения с бруском