Помгите с полным объяснением какую работу выполняет лошадь на пути 50 м, если она тянет телегу массой 200 кг по горизонтальному участку дороги с ускорением 1,65 м/с²? учтите, что сила, которая действует на телегу, направлена под углом 45° к горизонту, а коэффициент трения равен 0,01.

Дано: s = 50 м; m = 200 кг; α = 45°; μ = 0,01; a = 1,65 м/с²; g = 10 м/с²

Найти: A - ?

Решение. По определению A = Fscosα.

Тело движется под действием четырёх сил: силы тяжести mg, сила N нормальной реакции опоры, сила тяги Fтяги и сила трения Fтр. Тело увеличивает скорость своего движения, поэтому ускорение сонаправлено (то есть направлено в одном направлении) движению тела.

Выполним пояснительный рисунок, указав на нём силы, действующие на тело, направления скорости и ускорения движения.

Свяжем систему координат с телом на поверхности Земли, ось OY направим вертикально вверх, ось OX - горизонтально, в направлении движения тела.

Запишем первый второй закон Ньютона в ВЕКТОРНОМ виде:

Fтяги + N + Fтр + mg = ma.

Спроецируем уравнение на оси координат (сила тяги Fтяги не лежит на оси координат, поэтому для нахождения её проекций опустим из конца вектора Fтяги перпендикуляры на оси OX и OY: Fтяги_х = Fтяги×cosα; Fтяги_у = Fтяги×sinα) и запишем выражение для силы трения:

| OX: Fтяги×cosα - Fтр = ma

| OY: Fтяги×sinα + N - mg = 0

| Fтр = μN

Решив полученную систему уравнений, найдём Fтяги:

Fтяги×sinα + N - mg = 0 ⇒ N = mg - Fтяги×sinα ⇒ Fтр = μN = μ(mg - Fтяги×sinα).

Fтяги×cosα - Fтр = ma ⇒ Fтяги = ma + Fтр ⇒ Fтяги = ma + μ(mg - Fтяги×sinα) ⇒ Fтяги = ma + μmg - μFтяги×sinα ⇒ Fтяги (1 + μsinα) = m(a + μg) ⇒ Fтяги = m(a + μg)/(1 + μsinα).

Подставим в формулу работы выражение F = Fтяги = m(a - μg)/(1 + μsinα) и будем иметь: A = mscosα(a + μg)/(1 + μsinα)

Определим значение искомой величины:

[A] = (кг × м × (м/с² + м/с²))/1 = кг × м × м/с² = Н × м = Дж.

А = 200 × 50 × cos45°(1,65 + 0,01 × 10)/(1 + 0,01 × sin45°) ≈ 7071 × 1,75/1 = 12374 Дж.

ответ: лошадь выполнит работу A ≈ 12374 Дж.