Задачи, тесты

Как резать колбасу по законам физики?

Разрезая колбасу на кружочки, мы сталкиваемся с действием двух видов сил:

• сил, препятствующих разрыву колбасы на части и
• сил  трения колбасы о поверхности ножа.

Если мы просто давим ножом на колбасу с силой F_рез, то результирующая двух сил трения F_тр направлена вверх и существенно мешает процессу разрезания.

Чтобы избавиться от вертикально направленных сил трения F_тр и облегчить процесс разрезания, достаточно вспомнить известный опыт с наклонной плоскостью и лежащим на ней бруском.

Всегда можно найти такой угол наклона плоскости, при котором брусок О оставался бы неподвижным. Однако стоит только потянуть брусок за нить в горизонтальном направлении ОН, и он начнёт соскальзывать вниз по наклонной плоскости (в направлении Оυ), как будто сила трения на время исчезла. Если мы перестаём тянуть за нить в горизонтальном направлении, брусок останавливается и перестаёт соскальзывать вниз.

Объяснить происходящее легко, если вспомнить основной закон трения: сила трения не может быть больше kN, где k – коэффициент трения скольжения, а N – сила реакции опоры. Если мы тянем брусок в горизонтальном направлении, то сталкиваемся с сопротивлением максимальной силы трения, равной kN. Пока мы тянем брусок в горизонтальном направлении, в других направления сила трения уже действовать не может, иначе нарушался бы основной закон трения. Поэтому брусок начинает соскальзывать вниз, не испытывая действия силы трения в этом направлении.

Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную вектору скорости. Чтобы уменьшить вертикальную проекцию силы трения при разрезании колбасы на кружочки, достаточно двигать нож в горизонтальном направлении. Поэтому резать колбасу легче, если двигать нож туда-сюда по горизонтали.