ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Динамика 22.4

[Александр Сакович]

22.4 (25.4). Брусок массой 0,2 кг прижат к вертикальной стене силой 10 Н, направленной перпендикулярно стене. Коэффициент трения скольжения между бруском и стеной равен 0,3. Какую силу надо приложить к бруску по вертикали, чтобы равномерно поднимать его вертикально вверх?
Ответ: ____ Н.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

фрагмент занятия

[Александр Сакович]

Решение. Так как брусок надо равномерно поднимать вертикально вверх по стене, то ускорение a = 0 м/с².
На брусок действуют сила тяжести m∙g, сила давления F_д, сила реакции стены N, сила трения F_тр и сила F, которая поднимает брусок. Так как брусок движется, то сила трения — это сила трения скольжения. Оси направим так, как показано на рисунке.

Задачу будем решать в инерциальной системе отсчета, связанной с поверхностью Земли. Брусок будем считать материальной точкой, так как он движется поступательно. Тогда для бруска можем записать второй закон Ньютона в векторном виде и в проекциях на оси координат:
\[0=\vec{N}+\vec{F}+m \cdot \vec{g}+\vec{F}_{\text{д}}+\vec{F}_{\text{тр}},\]
\[0X:\ \ 0=N-F_{\text{д}}\ \text{или}\ N=F_{\text{д}},\]
\[0Y:\ \ 0=F-m \cdot g-F_{\text{тр}},\]
где сила трения скольжения равна F_тр = μ·N = μ·F_д. Тогда
\[F=m \cdot g+F_{\text{тр}}=m \cdot g+\mu \cdot F_{\text{д}},\]
\[F=0,2 \cdot 10+0,3 \cdot 10=5\ \text{H}.\]
Ответ: 5 Н.