Грузы сдвигают с места с помощью палки (рис. 89). Какой из грузов сдвинется с места? Почему? Проверьте на опыте.

рис. 89

Для анализа задачи необходимо понять, какие физические явления влияют на движение грузов при воздействии силы через палку. В этой ситуации используются принципы механики, в частности, взаимодействие силы и трения.

1. Сила, приложенная к грузам через палку:

Когда человек прикладывает силу через палку, эта сила передается на грузы, стремясь сдвинуть их с места. Сила может быть направлена горизонтально или под небольшим углом к горизонту. Однако движение груза зависит не только от величины приложенной силы, но и от условий взаимодействия груза с поверхностью.

2. Сила трения:

Трение — это сила, препятствующая движению одного объекта относительно другого, в данном случае груза относительно поверхности. Для анализа необходимо учитывать два типа трения:
− Сила трения покоя: действует, пока груз неподвижен. Она зависит от коэффициента трения между грузом и поверхностью, а также от силы нормального давления, оказываемой грузом на поверхность.
− Сила трения скольжения: применяется, если груз уже начал двигаться. Она обычно меньше силы трения покоя.

Формула для расчета силы трения покоя:
$$ F_{\text{тр}} \leq \mu \cdot N, $$
где:
− $ \mu $ — коэффициент трения между поверхностями,
− $ N $ — сила нормального давления, равная весу груза ($ N = mg $, где $ m $ — масса груза, $ g $ — ускорение свободного падения).

3. Приложенная сила:

При воздействии палкой на груз, сила передается через точку контакта. Если величина приложенной силы превышает максимальное значение силы трения покоя, груз начнет двигаться. В противном случае груз останется на месте.

4. Масса грузов:

Грузы могут иметь разную массу. Если масса одного груза больше, то его сила нормального давления будет больше, а значит, сила трения между этим грузом и поверхностью будет больше. Груз с меньшей массой требует меньшую силу для преодоления трения покоя.

5. Расположение грузов:

На рисунке видно, что палка контактирует с двумя грузами. В зависимости от точки приложения силы и угла наклона палки, величина силы, действующей на каждый груз, может быть разной. Сила передается на оба груза, но в зависимости от массы и трения каждый груз будет реагировать по−разному.

6. Условия сдвига:

Груз сдвинется с места, если приложенная сила $ F $ превысит силу трения покоя $ F_{\text{тр}} $. Для этого необходимо учитывать:
− Массу груза ($ m $),
− Коэффициент трения ($ \mu $),
− Величину приложенной силы.

Груз с меньшей массой и меньшим трением будет легче сдвинуть.

Практическое подтверждение:

Для проверки теории на практике нужно воспроизвести опыт:
1. Разместить грузы на поверхности.
2. Использовать палку для приложения силы к грузам.
3. Наблюдать, какой из грузов начинает движение первым.