книга и мяч лежат на столе в вагоне ,почему в начале движения поезда книга остается на месте а мяч может покатиться
Ответы
Когда поезд стоит, и книга, и мяч находятся вместе с ним в состоянии покоя относительно Земли.
Как только поезд начинает движение с ускорением, на мяч и на книгу, лежащие на столе, начинает действовать сила, приложенная к площади опоры каждого предмета.
Поскольку мяч и книга обладают массой, а система отсчета, связанная с поездом является неинерциальной, то при движении поезда с ускорением появляется сила инерции, стремящаяся сохранить для мяча и книги состояние покоя относительно Земли:
F = -ma, где m - масса книги,
а - ускорение поезда
Помимо силы инерции на книгу действует сила трения покоя скольжения, препятствующая движению книги. Эта сила направлена против силы инерции и равна:
F(тр.макс.) = μN = μmg,
где μ - коэффициент трения для данной поверхности,
N - сила реакции опоры, численно равная весу книги.
Таким образом, получаем равенство сил:
μN = -ma
Если поезд будет увеличивать ускорение, при достаточно маленьком коэффициенте трения неизбежно наступит момент, когда сила инерции сравняется с силой трения покоя, и книга начнет движение по столу в сторону, противоположную движению поезда.
Однако, в реальности, такие ускорения при начале движения поезда маловероятны. Исключение может составлять обратная ситуация, когда поезд резко тормозит (например, при срыве стоп-крана). Поэтому книга останется лежать на том же месте стола.
Иная ситуация с мячом. На него также действует сила инерции, но сила, которая пытается ей противодействовать, - не сила трения покоя скольжения, а сила трения покоя качения, значительно меньшая первой. Поэтому даже небольшого ускорения поезда в начале движения достаточно, чтобы сила инерции заставила мяч начать движение в обратном направлении относительно движения поезда.