Тепловоз, трогаясь с места (в основном) или уже находясь в движении (в меньшей степени), получает возможность тянуть за собой состав только имея достаточное сцепление с полотном дороги.
Другими словами, та сила, которую двигатель локомотива сообщает колесам, не будет иметь никакого значения, если сила трения покоя, возникающая между колесами и рельсами и направленная по ходу движения тепловоза, не будет достаточно велика, чтобы колеса не проскальзывали по рельсам.
Так как эта сила напрямую зависит от массы тепловоза, то использовать легкие сплавы для его изготовления нецелесообразно, так как это приведет к значительному уменьшению его "грузоподъемности".
m = 800 т = 8*10⁵ кг
t = 0,5 мин = 30 с
v = 36 км/ч = 10 м/с
v₀ = 0
μ = 0,1
<N> - ?
Запишем 2 закон Ньютона в векторной форме
Fт + mg + N + Fтр = ma - над всеми слагаемыми пишем вектора
Теперь тот же закон в проекциях на координатные оси
OX : Fт - Fтр + mgx = max
OY : N - mgy = 0
N = mgy = mg*cos(α)
Fтр = μ*N = μmg*cos(α)
mgx = mg*sin(α)
ax = a = (v - v₀)/t = 10 м/с / 30 с = 0,33 м/с²
Fт - μmg*cos(α) + mg*sin(α) = ma
Fт = ma + μmg*cos(α) - mg*sin(α)
Fт = m(a + μg*cos(α) - g*sin(α))
Fт = 8*10⁵ кг * (0,33 м/с² + 0,1 * 10 м/с² * cos(5°) - 10 м/с² * sin(5°)) = 8*10⁵ кг * ( 0,33 м/с² + 0,996 м/с² - 0,872 м/с²) = 8*10⁵ кг * 0,454 м/с² = 3,6*10⁵ Н
<v> = (v + v₀) / 2 = (10 м/с + 0) / 2 = 5 м/с
<N> = Fт * <v> = 3,6*10⁵ Н * 5 м/с = 1,8*10⁶ Вт = 1,8 МВт