Шайба массой 1 кг скользит с ледяной горки высотой Н = 5 м, наклонённой к горизонту под углом 45. Коэффициент трения шайбы о лёд μ = 0,2. Горка плавно переходит в горизонтальную ледяную поверхность

1. Найти вес шайбы на наклонной плоскости и на горизонтальной поверхности.

2. С каким ускорением шайба движется на горизонтальной поверхности?

3. Как будет изменяться коэффициент трения с улучшением качества обработки поверхности?

На скользящую шайбу действуют три силы: сила тяжести, сила трения и сила реакции опоры. По третьему закону Ньютона мы знаем, что вес равен по модулю силе реакции опоры, т. к. эти две силы являются силами взаимодействия шайбы и поверхности. Для горизонтального участка направим ось Y вертикально вверх, ось Х по направлению движения шайбы. Для наклонного ось Y направим перпендикулярно поверхности, ось X вниз по склону.

1) На горизонтальной поверхности сила реакции опоры (а стало быть и вес) будет равна по модулю силе тяжести (трение не в счёт, так как его направление перпендикулярно действию этих сил). Об этом мы можем судить по тому, что шайба не ускоряется по оси Y, т. е. действие сил скомпенсировано. Итак, P=N=mg=10 (если g=10)

На наклонной поверхности сила реакции опоры будет равна проекции силы тяжести на ось Y, или mgcosα, P=10*√2/2=5√2

2) На горизонтальной поверхности ускорение будет зависеть лишь от силы трения (две другие скомпенсированы). a=F/m=0.2*10/1=2

3) Обычно с улучшением качества обработки поверхности коэффициент трения и соответственно сила трения уменьшается, т. е. поверхность становится более гладкой. Однако в случае со льдом это не так. Лёд скользок потому, что при замерзании расширяется (в отличие от других материалов), и под давлением начинает таять. Таким образом, между телом и поверхностью льда всегда существует прослойка воды, по которой и осуществляется скольжение. Но на гладкий лёд будет оказываться меньшее давление, чем на неровный, в силу большей площади соприкосновения. Конечно, если лёд разбивать, то скользить он будет хуже, но бугристая ледяная поверхность более скользкая, чем ровная.