Прочитайте текст и вставьте на место пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка. Брусок равномерно скользит вниз по шероховатой поверхности наклонной плоскости (см. рисунок). Сила трения, действующая на брусок, направлена (A) ______. Равнодействующая всех сил, действующих на брусок, равна (Б) ______. По мере движения вниз по наклонной плоскости полная механическая энергия бруска (В) ______, кинетическая энергия бруска (Г) ______. Список слов и словосочетаний: 1) вдоль наклонной плоскости вниз 2) вдоль наклонной плоскости вверх 3) сумма силы тяжести и силы трения 4) нуль 5) не изменяться 6) увеличиваться 7) уменьшаться. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение:

Разберём пропуски:

• (A) Сила трения направлена против движения, то есть вдоль наклонной плоскости вверх. Это соответствует варианту 2.
• (Б) Равнодействующая всех сил (сила тяжести, сила трения, сила реакции опоры) не равна нулю, так как брусок движется. Она не равна сумме силы тяжести и силы трения. Наиболее подходящим вариантом, учитывая, что брусок скользит, является суммарная сила, которая вызывает движение. Так как брусок скользит равномерно, равнодействующая сила равна нулю. Однако, учитывая варианты, скорее всего, имеется в виду сила, которая вызывает движение, либо противодействует ему. По условию, сила трения действует, поэтому равнодействующая всех сил равна нулю, если движение равномерное. В вариантах нет такого, поэтому будем исходить из того, что равнодействующая сила направлена вниз и равна разнице между силой тяжести и силой трения. Если движения нет, то равнодействующая равна сумме силы тяжести и силы трения. Здесь указано, что брусок скользит, значит, равнодействующая сила не равна нулю, если это не равномерное движение. Если движение равномерное, то равнодействующая равна нулю. Из вариантов, единственный, который описывает силу, действующу на брусок, это 3 (сумма силы тяжести и силы трения, если бы они были единственными силами, но есть ещё сила реакции опоры). Но если брусок движется равномерно, то равнодействующая равна нулю. Наиболее вероятный ответ, если принять, что это равнодействующая сил, влияющих на движение, это 3. Однако, если движение равномерное, то равнодействующая равна нулю. Если мы выбираем из данных вариантов, и сказано, что скользит, то равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю, если движение равномерное. Если мы рассматриваем только силу тяжести и трения, то их сумма не равна равнодействующей. Давайте пересмотрим. Брусок скользит. Значит, равнодействующая всех сил равна нулю, если движение равномерное. По условию, движение равномерное. Значит, равнодействующая равна 0. В списке нет 0, но есть 4) нуль. Однако, 4) это для Г. Поэтому, если движение равномерное, то равнодействующая равна нулю. Вариант 4) «нуль» может относиться к равнодействующей. Давайте предположим, что (Б) это 4.
• (В) При равномерном скольжении вниз по наклонной плоскости, если нет внешних сил, изменяющих энергию, полная механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной) остается постоянной, если нет трения. Но здесь есть трение, которое совершает отрицательную работу, поэтому полная механическая энергия должна уменьшаться. Это соответствует варианту 7.
• (Г) Так как есть сила трения, которая совершает отрицательную работу, кинетическая энергия должна уменьшаться, если скорость уменьшается, или оставаться постоянной, если скорость постоянная. Но поскольку полная энергия уменьшается, и потенциальная энергия тоже уменьшается (брусок едет вниз), то кинетическая энергия может как уменьшаться, так и оставаться постоянной (если потенциальная энергия уменьшается быстрее). Однако, если полная энергия уменьшается, то и кинетическая энергия тоже должна уменьшаться, если потенциальная энергия также уменьшается. Скорее всего, имеется в виду, что из-за трения энергия теряется, и кинетическая энергия будет уменьшаться. Это соответствует варианту 7.

Перепроверим: (A) 2 (вверх), (Б) ? , (В) 7 (уменьшается), (Г) 7 (уменьшается). Если (Б) 4 (нуль), то равнодействующая равна нулю, значит движение равномерное. Если движение равномерное, то кинетическая энергия постоянна. Тогда (Г) должно быть 5 (не изменяться). Но тогда (В) тоже должно быть 5 (не изменяться), если полная энергия не изменяется. Но есть сила трения, которая совершает работу, поэтому полная энергия должна уменьшаться. Значит, (В) и (Г) должны быть 7. Если (В) и (Г) 7, то полная и кинетическая энергия уменьшаются. Это означает, что скорость уменьшается. Но тогда движение не равномерное. Это противоречие.

Давайте предположим, что (Б) — это не равнодействующая всех сил, а какая-то другая величина. Если