(1)因原来物体放在倾角为30度的斜面上,恰能匀速下滑,有
mg*sin30度=µ*mg*cos30度
得动摩擦因数是 µ=tan30度=(根号3)/ 3
设斜面倾角增大到 θ 时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行.
这时有 F*cosθ < [mg*sinθ+µ*(mg*cosθ+F*sinθ)
F*(cosθ-µ*sinθ)< mg*(sinθ+µ*cosθ)
可见,当 (cosθ-µ*sinθ)=0 时,不管多大的水平力F,以上不等式一定成立.
即 tanθ=1 / µ=1 / tan30度=根号3
得 θ=60度
这一临界角的大小是60度.
(2)若保持斜面倾角30度不变,在竖直平面内施加外力,使物体沿斜面向上匀速滑行,物体受重力mg、支持力N(垂直斜面向上)、滑动摩擦力 f(沿斜面向下)、外力F(大小、方向待定),因匀速向上运动,合力为0
设外力F的方向与竖直向上方向夹角是α(偏向右方),0 < α<150度 ,用正交分解法,
将各力分解在水平和竖直方向
在水平方向有 F*sinα=N*sin30度+ f *cos30度
在竖直方向有 F*cosα+N*cos30度=mg+f*sin30度
且 f=µ*N
得 F*sinα=N*sin30度+ µ*N *cos30度
F*cosα+N*cos30度=mg+µ*N*sin30度
以上二式联立,消去N,得
F*sinα /(F*cosα-mg)=(sin30度+µ*cos30度)/(µ*sin30度-cos30度)
将 µ=tan30度 代入上式 ,得
F*sinα /(F*cosα-mg)=-(根号3)
F=(根号3)*mg / [ sinα+(根号3)*cosα ]
引入一个角A,cosA=1 / 2,sinA=(根号3) / 2,A=60度
则 F=[(根号3)*mg / 2] / sin(α+60度)
显然,当 α=30度时,F有最小值,这时F的方向与竖直向上方向的夹角是30度.
F的最小值是 F小=(根号3)*mg / 2