Uzasadnienie: 

Naszym celem jest przedstawienie sił działających na wózek pchany przez kobietę. Wiemy, że w obu sytuacjach na wózek działają cztery siły: siła tarcia, siła reakcji podłoża, siła ciężkości oraz siła, z jaką kobieta pcha wózek.

Zacznijmy od omówienia kierunków działania poszczególnych sił. Siła ciężkości skierowana jest w dół, natomiast siła reakcji podłoża – w górę, ponieważ ma za zadanie równoważyć siły dociskające wózek do podłoża. Siła tarcia w obu przypadkach skierowana jest w lewo, ponieważ przeciwdziała ruchowi wózka.

Kolejną istotną kwestią jest długość wektorów sił.

Jak wspomniano wcześniej, siła reakcji podłoża równoważy wszystkie siły skierowane w dół. W pierwszym przypadku jedyną taką siłą jest siła ciężkości, więc długość wektora siły reakcji musi być równa długości wektora siły ciężkości.

Z treści zadania wiemy, że wózek poruszał się ze stałą prędkością, a więc ruchem jednostajnym. Z pierwszej zasady dynamiki Newtona wynika, że w takiej sytuacji siły się równoważą. Dlatego wektor siły tarcia musi mieć taką samą długość jak wektor siły, z jaką kobieta pcha wózek.

W przypadku, gdy siła pchająca działa pod kątem, siła tarcia musi być równa składowej tej siły równoległej do powierzchni ziemi. Co więcej, wiemy, że siła tarcia musi być większa niż w pierwszym przypadku, ponieważ jej wartość jest proporcjonalna do siły nacisku na podłoże. W tym przypadku na nacisk wpływa zarówno siła ciężkości, jak i składowa prostopadła siły, z jaką wózek jest pchany. W rezultacie całkowita siła nacisku, a więc również wartość siły tarcia, jest większa. Siła reakcji podłoża musi wówczas równoważyć sumę siły ciężkości i tej prostopadłej składowej, więc jej wartość również wzrasta.

Korzystając z powyższych informacji, możemy wykonać poniższe rysunki, stosując oznaczenie poszczególnych sił jak poniżej:

${\vec{F}}_c$  - siła ciężkości,

${\vec{F}}_R$  - siła reakcji podłoża,

${\vec{F}}_T$  - siła tarcia,

$\vec{F}$  - siła z jaką wózek jest pchany,

${\vec{F}}_1$ - siła z jaką pchano wózek pod kątem.

${\vec{F}}_{||}$   i ${\vec{F}}_{\perp }$  - składowe siły pchającej wózek.

 Odpowiedź: 

$\mathbf{a})$

$\mathbf{b})$