Для решения задачи по определению коэффициента трения скольжения бруска по наклонной плоскости, необходимо воспользоваться законами динамики.
В данной задаче рассматривается движение бруска вниз по наклонной плоскости, под действием силы трения скольжения.
Для начала определим силы, действующие на брусок.
1. Сила тяжести, направленная вниз, равна:
$$F_{тяж} = m cdot g,$$
где $m$ – масса бруска, $g$ – ускорение свободного падения.
2. Компонента силы тяжести, параллельная наклонной плоскости и направленная вниз, равна:
$$mg cdot sinalpha,$$
где $alpha$ – угол наклона плоскости.
3. Компонента силы тяжести, перпендикулярная наклонной плоскости и направленная вдоль наклонной плоскости, равна:
$$mg cdot cosalpha.$$
Так как брусок движется прямолинейно и равнозамедленно, то ускорение бруска на наклонной плоскости равно ускорению движения бруска:
$$a = g cdot sinalpha.$$
4. Сила трения скольжения – это сила, мешающая движению бруска по наклонной плоскости. Ее модуль равен:
$$F_{тр} = mu cdot N.$$
Здесь $mu$ – коэффициент трения скольжения, а $N$ – сила реакции опоры.
Так как шарик прилипает к бруску, движение шарика находится в состоянии покоя. Следовательно, сумма всех сил, действующих по вертикали на брусок после прилипания шарика, будет равна нулю:
$$F_{тяж} + F_{тр} = 0.$$
Подставим выражения для силы тяжести и силы трения скольжения и выразим коэффициент трения скольжения:
$$mg cdot sinalpha + mu cdot N = 0.$$
Так как $N = mg cdot cosalpha$, получим:
$$mg cdot sinalpha + mu cdot mg cdot cosalpha = 0.$$
Формула для рассчета коэффициента трения скольжения:
$$mu = - frac{sinalpha}{cosalpha}.$$
Подставим известные значения: $sinalpha = 0,24$.
$$mu = - frac{0,24}{cosalpha}.$$
Осталось определить значение функции $cosalpha$. Воспользуемся понятием тригонометрического круга, где угол $alpha$ лежит во второй четверти, и поэтому $cosalpha < 0$.
Функцию $cosalpha$ можно найти при помощи тригонометрической формулы:
$$cos^2alpha + sin^2alpha = 1.$$
$$cos^2alpha = 1 - sin^2alpha.$$
$$cosalpha = sqrt{1 - sin^2alpha}.$$
$$cosalpha = sqrt{1 - 0,24^2}.$$
$$cosalpha = sqrt{1 - 0,0576}.$$
$$cosalpha = sqrt{0,9424}.$$
$$cosalpha approx 0,9708.$$
Подставим полученное значение в формулу для коэффициента трения скольжения:
$$mu = - frac{0,24}{0,9708}.$$
$$mu approx -0,2474.$$
Таким образом, получили, что коэффициент трения скольжения бруска по наклонной плоскости равен примерно $-0,2474$. Знак "минус" указывает на то, что сила трения скольжения направлена вверх по наклонной плоскости, в противоположную сторону движения бруска.