Тип 26 № 25735 
Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: Механика (расчетная задача высокого уровня с обоснованием). Статика
i
Какое ускорение a поступательного движения можно сообщить однородному кубику, находящемуся на шероховатой горизонтальной плоскости, прикладывая к его верхнему ребру горизонтальную силу в плоскости симметрии кубика (см. рис.)? Коэффициент трения кубика о плоскость равен 
= 0,4.
Какие законы Вы используете для описания движения кубика? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Решение. Обоснование. Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. При рассмотрении поступательного движения будем считать тело материальной точкой. На кубик действует приложенная сила, сила тяжести и сила трения, равнодействующая которых является причиной ускорения. В инерциальной системе Земли можно применить второй закон Ньютона.
Для того, чтобы кубик двигался поступательно, нужно исключить его вращение вокруг точки опоры. Для инерциальной системы отсчета можно применить правило моментов для вращающихся тел.
Перейдем к решению. 
1. При движении однородного кубика массой m по шероховатой горизонтальной плоскости на него действуют, кроме горизонтальной силы 
вертикальные сила тяжести 
приложенная в центре кубика, сила 
нормального давления со стороны плоскости, а также горизонтальная сила сухого трения скольжения, равная по модулю, согласно закону Амонтона — Кулона, 
2. Для того чтобы кубик двигался поступательно, не опрокидываясь, сила 
и создаваемое ею ускорение 
не должны превышать некоторого предела, зависящего от коэффициента трения кубика о плоскость. В предельном случае, перед опрокидыванием, силы и 
будут приложены к переднему нижнему ребру О кубика (см. рис.), и опрокидывающий момент сил и будет компенсироваться возвращающим моментом силы относительно оси, проходящей через центр масс кубика: 
Здесь b — длина ребра кубика, 
3. Уравнение движения кубика, то есть второй закон Ньютона в проекциях на горизонтальное и вертикальное направления, при этом имеет вид: 
и 
4. Из написанных уравнений получаем:
Ответ: 
Примечание.
Если выбрать другую ось, относительно которой рассчитывать моменты сил, то по теореме Вариньона суммарный момент сил не равен нулю, поскольку кубик движется с ускорением. Суммарный момент равен моменту равнодействующей силы. Например, для оси, проходящей через точку O:
С учетом того, что 
и 
получаем
Спрятать критерииКритерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
| Критерий 1 |
Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей) | 1 |
В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка. ИЛИ Обоснование отсутствует | 0 |
| Критерий 2 |
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: второй закон Ньютона и кинематические соотношения); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И ( ИЛИ ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И ( ИЛИ ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И ( ИЛИ ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0 |
| Максимальный балл | 4 |
Ответ: Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: 
