Горизонтальная компонента силы, необходимая для сдвига саней, равна силе трения Максимальная горизонтальная сила, которую может приложить человек, равна опять-таки силе его трения со льдом
Заметим, что 18g < 20g, поэтому, если тянуть веревку горизонтально, ничего не выйдет. Но можно тянуть под углом, тогда, не смотря на то, что горизонтальная компонента силы тяги уменьшится, но изменятся силы реакции опоры.
Рассмотрим предельный случай, когда сила тяги сравняется с силой трения между санями и льдом. Пусть это реализуется при каком-то угле α. Сила реакции для саней станет равна N1 = M1 * g - T sin α Сила реакции, человек: N2 = M2 * g + T sin α Сила тяги Fт = T cos α
Должно выполняться μ1 N1 = Fт μ2 N2 = Fт
Первое уравнение: μ1 * (M1 * g - T sin α) = T cos α T (cos α + μ1 * sin α) = μ1 * M1 * g T = μ1 * M1 / (cos α + μ1 * sin α)
Подставляем T во второе уравнение: μ2 * (M2 * g + T sin α) = T cos α μ2 M2 + μ2 sin α * μ1 M1 / (cos α + μ1 sin α) = μ1 M1 cos α / (cos α + μ1 sin α) μ2 M2 cos α + μ1 μ2 M2 sin α + μ1 μ2 M1 sin α = μ1 M1 cos α (μ1 M1 - μ2 M2) cos α = μ1 μ2 (M1 + M2) sin α tg α = (μ1 M1 - μ2 M2) / (μ1 μ2 (M1 + M2)) = 2 / (0.06 * 160) = 2 / 9.6 ~ 0.208 α ~ 11.8 градуса
Максимальная горизонтальная сила, которую может приложить человек, равна опять-таки силе его трения со льдом
Заметим, что 18g < 20g, поэтому, если тянуть веревку горизонтально, ничего не выйдет. Но можно тянуть под углом, тогда, не смотря на то, что горизонтальная компонента силы тяги уменьшится, но изменятся силы реакции опоры.
Рассмотрим предельный случай, когда сила тяги сравняется с силой трения между санями и льдом. Пусть это реализуется при каком-то угле α.
Сила реакции для саней станет равна N1 = M1 * g - T sin α
Сила реакции, человек: N2 = M2 * g + T sin α
Сила тяги Fт = T cos α
Должно выполняться
μ1 N1 = Fт
μ2 N2 = Fт
Первое уравнение:
μ1 * (M1 * g - T sin α) = T cos α
T (cos α + μ1 * sin α) = μ1 * M1 * g
T = μ1 * M1 / (cos α + μ1 * sin α)
Подставляем T во второе уравнение:
μ2 * (M2 * g + T sin α) = T cos α
μ2 M2 + μ2 sin α * μ1 M1 / (cos α + μ1 sin α) = μ1 M1 cos α / (cos α + μ1 sin α)
μ2 M2 cos α + μ1 μ2 M2 sin α + μ1 μ2 M1 sin α = μ1 M1 cos α
(μ1 M1 - μ2 M2) cos α = μ1 μ2 (M1 + M2) sin α
tg α = (μ1 M1 - μ2 M2) / (μ1 μ2 (M1 + M2)) = 2 / (0.06 * 160) = 2 / 9.6 ~ 0.208
α ~ 11.8 градуса
ответ. α > 11.8°
Объяснение:
Дано:
Vcp = 12 км/ч
V₁ = 30 км/ч
V₂ = 6 км/ч
х/S - ?
t₁/t - ?
Пусть:
S км - весь путь.
x км - путь на лошади.
(S - x) км - путь на осле.
Тогда:
1)
Время езды на лошади:
t₁ = x / V₁ = (x/30) ч
Время езды на осле:
t₂ = (S-x) / V₂ = (S-x) / 6 ч/.
Общее время:
t = t₁ + t₂ = x/30 + (S-x) / 6 = (5·S - 4·x)/30.
2)
Средняя скорость:
Vcp = S / t =30·S / (5·S-4·x)
12 = 30·S / (5·S-4·x)
5·S = 2·(5·S -4·x)
8·x = 5·S
Тогда:
x = 5·S /8
x / S = 5·S / (8·S) = 5/8
то есть (5/8) пути путешественник ехал на лошади.
3)
t₁ / t = (x/30) / ((5·S - 4·x)/30) = x / (5·S-4·x) = 5 / (8·(5-20/8)) =
= 5/20 = 1/4,
то есть 1/4 часть времени путешественник ехал на лошади.