Лёгкая нить, привязанная к грузу массой $m=0{,}3$ кг, перекинута через идеальный неподвижный блок. К правому концу нити приложена постоянная сила $\vec F$. Левая часть нити вертикальна, а правая наклонена под углом $\alpha=30^\circ$ к горизонту (см. рисунок).
Постройте график зависимости модуля силы реакции стола $N$ от $F$ на отрезке $0\leq F\leq10$ Н. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение
Возможное решение.
1. Если сила $\vec F$ достаточно мала, груз покоится относительно стола (эту систему отсчёта будем считать инерциальной). На груз при этом действуют сила тяжести $m\vec g$, сила реакции со стороны стола $\vec N$ и сила натяжения нити $\vec T$, показанные на рисунке а.
Запишем второй закон Ньютона для груза в проекциях на ось $y$ введённой системы отсчёта: $N+T-mg=0$.
Поскольку нить лёгкая, а блок идеальный, модуль силы натяжения нити во всех точках одинаков, поэтому $T=F$.
Отсюда получаем: $N=mg-F\ge 0$ при $F\le mg=3$ Н.
2. При $F>mg=3$ Н груз отрывается от стола и движется вдоль оси $y$ с ускорением. На груз при этом действуют только сила тяжести $m\vec g$ и сила натяжения нити $\vec T'$, показанные на рисунке б, а модуль силы реакции стола $N=0$.
Таким образом: а) при $F\le mg=3$ Н $N=mg-F$;
б) при $F>mg=3$ Н $N=0$.
3. График этой зависимости представляет собой ломаную линию.
