Разделы 
Дополнительно
Задачи по физике - 10292
2019-05-10 
Велосипед удерживается так, чтобы он не мог упасть набок, но мог двигаться вперед или назад; его педали находятся в самом верхнем и самом нижнем положениях. Студент приседает рядом с велосипедом и прикладывает к нижней педали горизонтальную силу, направленную в сторону заднего колеса.
Как будет двигаться велосипед?
Вращается ли его зубчатое колесо в том же направлении, что и заднее колесо, или в противоположном?
Как движется нижняя педаль относительно земли?
Решение:
Велосипед должен перемещаться в сторону равнодействующей силы $F_{p}$, которая равна сумме приложенной силы $F$, направленной назад, и силы трения $F_{тр}$, направленной вперед. Величина силы трения определяется нормальной составляющей силы давления в точке опоры заднего колеса и ограничена максимальной силой трения $F_{max}$, зависящей от коэффициента трения. Будем увеличивать значение приложенной силы $F$ со временем $t$. Тогда сила трения $F_{тр}$ и равнодействующая сила $F_{p}$ будут изменяться так, как показано на рисунке. Из графика видно, что велосипед стоит на месте до момента $t_{0}$, пока приложенная сила не превысит максимальную силу трения. При $t > t_{0}$ велосипед будет смещаться назад, в сторону действия приложенной силы. Педаль вместе с зубчатым колесом и заднее колесо будут вращаться против часовой стрелки, причем заднее колесо будет проскальзывать (считаем, что заднее колесо находится справа от студента).
Примечание. Интересно обратить внимание на то, что существует такое положение педалей, при котором произвольно большая сила не приводит к перемещению велосипеда.
Велосипед удерживается так, чтобы он не мог упасть набок, но мог двигаться вперед или назад; его педали находятся в самом верхнем и самом нижнем положениях. Студент приседает рядом с велосипедом и прикладывает к нижней педали горизонтальную силу, направленную в сторону заднего колеса.
Как будет двигаться велосипед?
Вращается ли его зубчатое колесо в том же направлении, что и заднее колесо, или в противоположном?
Как движется нижняя педаль относительно земли?
Решение:
Велосипед должен перемещаться в сторону равнодействующей силы $F_{p}$, которая равна сумме приложенной силы $F$, направленной назад, и силы трения $F_{тр}$, направленной вперед. Величина силы трения определяется нормальной составляющей силы давления в точке опоры заднего колеса и ограничена максимальной силой трения $F_{max}$, зависящей от коэффициента трения. Будем увеличивать значение приложенной силы $F$ со временем $t$. Тогда сила трения $F_{тр}$ и равнодействующая сила $F_{p}$ будут изменяться так, как показано на рисунке. Из графика видно, что велосипед стоит на месте до момента $t_{0}$, пока приложенная сила не превысит максимальную силу трения. При $t > t_{0}$ велосипед будет смещаться назад, в сторону действия приложенной силы. Педаль вместе с зубчатым колесом и заднее колесо будут вращаться против часовой стрелки, причем заднее колесо будет проскальзывать (считаем, что заднее колесо находится справа от студента).
Примечание. Интересно обратить внимание на то, что существует такое положение педалей, при котором произвольно большая сила не приводит к перемещению велосипеда.
