Dane:

$m=1\mathrm{kg}$  

$F=3\mathrm{N}$  

Rozwiązując to zadanie skorzystamy również z:

▶ wartość przyspieszenia ziemskiego: $g=10\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}$.

 

$1.$  

 Uzasadnienie: 

Na klocek działają cztery siły:

• $\vec{F}$  - przyłożona siła,
• $\vec{T}$  - siła tarcia,
• ${\vec{F}}_g$  - siła ciężkości,
• ${\vec{F}}_R$  - siła reakcji podłoża. 

Aby zachować odpowiednią skalę na rysunku, musimy obliczyć wartości poszczególnych sił. Wartość siły ciężkości przedstawiamy za pomocą wzoru:

$F_g=mg$  

gdzie:

$F_g$ - wartość siły ciężkości,

$m$ - masa klocka,

$g$ - wartość przyspieszenia ziemskiego.

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$F_g=1\mathrm{kg}\cdot 10\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}=10\mathrm{kg}\cdot \frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}=10\mathrm{N}$  

Siła ciężkości jest równoważona przez siłę reakcji podłoża, z czego wynika, że:

$F_R=F_g=10\mathrm{N}$     

Klocek przesuwano ruchem jednostajnym co oznacza, że zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona, działające na niego siły się równoważą. Oznacza to, że siła, którą działano na klocek ma taką samą wartość jak siła tarcia:

$F=T=3\mathrm{N}$  

 Odpowiedź: 

Wykonujemy rysunek:

Gdzie:

$\vec{F}$  - przyłożona siła,

$\vec{T}$  - siła tarcia,

${\vec{F}}_g$  - siła ciężkości,

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

 

$2.$  

Naszym zadaniem jest wykazanie, że klocek oraz podłoże wykonane są z drewna. W tabeli podane mamy wartości współczynnika tarcia kinetycznego dla powierzchni z różnych materiałów. Obliczymy więc, jaki jest współczynnik tarcia w rozważanej sytuacji i porównamy jego wartość z podanymi w tabeli.

Klocek porusza się ruchem jednostajnym, zatem zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona, spełniony jest warunek:

$T=F$    

gdzie:

$T$ - wartość siły tarcia,

$F$ - wartość siły, którą działano na klocek.

Wartość si tarcia obliczamy korzystając ze wzoru:

$T=\mu F_N$  

gdzie:

$\mu$ - współczynnik tarcia kinetycznego,

$F_N$ - wartość siły nacisku.

W tym przypadku siła nacisku jest równa sile ciężkości klocka. Wartość siły ciężkości przedstawiamy za pomocą wzoru:

$F_g=mg$  

gdzie:

$F_g$ - wartość siły ciężkości,

$m$ - masa klocka,

$g$ - wartość przyspieszenia ziemskiego.

Wyznaczmy wzór na współczynnik tarcia klocka:

$T=F$  

$\mu F_g=F$  

$\mu mg=F\mid :mg$       

$\mu =\frac{F}{mg}$   

Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:

$\mu =\frac{3\mathrm{N}}{1\mathrm{kg}\cdot 10\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}}=\frac{3\mathrm{N}}{10\mathrm{kg}\cdot \frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^2}}=\frac{3\mathrm{N}}{10\mathrm{N}}=0,3$  

Korzystając z tabeli odczytujemy, że klocek jest drewniany i porusza się po drewnie.