УПРАЖНЕНИЕ 18. 1. На столе в купе поезда лежит книга. Изобразите силу трения покоя, действующую на книгу, в следующих случаях: а) поезд разгоняется; б) поезд движется

Краткий ответ (упражнение 18, № 1)

а) При разгоне поезда сила трения покоя, действующая на книгу, направлена в сторону ускорения поезда: если поезд разгоняется вперёд, то и стрелка на рисунке — вперёд.
б) При равномерном прямолинейном движении \(\vec F_{\text{тр.п}}=0\); стрелку не рисуем, можно подписать «0».

Почему так

В системе отсчёта Земли книга движется вместе с поездом, значит, у неё такое же ускорение, как у поезда. По вертикали сила тяжести и нормальная реакция стола компенсируются. Горизонтально на книгу действует только сила трения покоя:

\[ m\vec a=\vec F_{\text{тр.п}}+m\vec g+\vec N . \]

По горизонтали:

\[ F_{\text{тр.п}}=ma \quad \text{(при разгоне)}. \]

Поэтому в случае а) трение направлено вперёд: стол «увлекает» книгу за собой. При этом сила трения покоя не может быть больше максимальной:

\[ F_{\text{тр.п}}\le \mu N . \]

Если ускорение слишком велико, книга начнёт скользить по столу.

В случае б) ускорение поезда равно нулю:

\[ a=0 \quad\Rightarrow\quad F_{\text{тр.п}}=0. \]

Книга движется равномерно по инерции, и никакая горизонтальная сила ей для этого не нужна.

Проверка: если бы в случае б) нарисовать стрелку силы трения, появилась бы нескомпенсированная горизонтальная сила, и книга ускорялась бы относительно поезда — а этого нет.

В кадре видны только пункты а) и б); нижняя часть упражнения обрезана.