1. На столе в купе поезда лежит книга. Изобразите силу трения покоя, действующую на книгу, в следующих случаях: а) поезд разгоняется; б) поезд движется на прямолинейном участке

Краткий ответ
Считаем, что книга не скользит по столу, а поезд движется вправо.

• а) Поезд разгоняется: \(\vec F_{\text{тр}}\) направлена вправо, то есть в сторону ускорения поезда.
• б) Поезд движется равномерно и прямолинейно: \(\vec F_{\text{тр}}=0\). Силу трения покоя изображать не нужно.
• в) Поезд тормозит: \(\vec F_{\text{тр}}\) направлена влево, то есть в сторону ускорения при торможении.

Почему так

Сила трения покоя возникает, когда одно тело стремится скользить по поверхности другого. Она действует на книгу со стороны стола и мешает относительному смещению книги и стола.

1. При разгоне поезда стол «уходит» вперёд. Если бы трения не было, книга осталась бы позади стола, то есть относительно стола стремилась бы скользить назад. Поэтому трение действует на книгу вперёд.
2. При равномерном движении скорость постоянна, ускорение книги равно нулю. Горизонтальная сила не нужна, поэтому сила трения покоя равна нулю.
3. При торможении поезд замедляется. Книга «хочет» продолжить движение вперёд, а стол тормозит. Поэтому сила трения действует на книгу назад.

В инерциальной системе отсчёта это можно записать так: если книга не проскальзывает, то

\[ \vec F_{\text{тр}}=m\vec a, \]

где \(\vec a\) — ускорение поезда. Значит, сила трения покоя направлена так же, как ускорение поезда, а не обязательно вдоль скорости.

Проверка: при разгоне сила трения разгоняет книгу вместе с поездом; при торможении — замедляет её; при равномерном движении ускорения нет, поэтому нет и силы трения покоя.