Решение

Республиканская олимпиада 1991 9 класс № 2

Для того, чтобы сдвинуть тело 2 с места, необходимо приложить к нему горизонтально силу, которая превышает максимальную силу трения покоя, которая в данном случае равна

тр

В качестве силы, которая сдвигает это тело, выступает сила упругости пружин, модуль которой, согласно закону Гука, равен

уп

где — жесткость пружины, — ее удлинение.

Таким образом, необходимо удлинить пружину (т. е. сдвинуть тело 1) на величину

Если мы приложим к телу 1 постоянную силу , таким образом его движение не будет равноускоренным, так как на него действует, помимо постоянной силы трения тр, сила упругости уп, которая не является постоянной. Качественно движение тела 1, при неподвижном теле 2, можно описать следующим образом. Если сила по модулю превышает силу трения тр, то тело начнет двигаться с положительным ускорением, при этом сила

упругости начнет возрастать, в некоторой точке упр превысит разность тр, и ускорение изменит свой знак. Тело 1 еще некоторое время будет двигаться в положительном направлении и затем остановиться. Максимальная деформация пружины будет в момент остановки тела. Эту максимальную деформацию можно найти, воспользовавшись энергетическими соображениями: работа постоянной силы числено равна изменению энергии пружины плюс работа силы трения. Кинетическая энергия тела в начальный и конечный моменты движения равна нулю.

или

Очевидно, что для ответа на поставленный в задаче вопрос следует положить в (5) , определяемое (3). Окончательно получим

Обратите внимание на два обстоятельства:

  1. Искомая сила равна сумме силы трения, действующей на тело 1, и половине (!) силы трения, действующей на тело 2;

  2. Ответ не зависит от величины жесткости пружины. Подумайте, как объяснить эти обстоятельства в том случае, когда жесткость пружины очень велика (скажем, вместо пружины металлический стержень).

Не объясняет ли данная задача старую бурлацкую песню “поддернем, поддернем, да ухнем!”?