Сани тянут равномерно. Значит, движение саней является равномерным. Равномерно - это когда скорость одна и та же, когда ускорения нет (a = 0). Следовательно, равнодействующая сил, действующих на сани, будет равна нулю:
N + mg + Fтрения + Fтяги = ma = m*0 = 0
Сани не меняют своё положение в вертикальной плоскости, т.е. сила реакции oпоры N и сила тяжести mg уравновешивают друг друга:
N = mg
С горизонтальными силами то же самое - хоть сани и движутся в горизонтальной плоскости, но движутся равномерно, а значит, силы равны:
Fтрения = Fтяги
Формула силы трения:
Fтрения = μ*N
Т.к. N = mg, то Fтрения = μ*N = μ*mg
μ*mg = Fтяги
μ = Fтяги / mg = 60 / (30,592 * 10) = 0,19612... = 0,2
Коэффициент трения - безразмерная величина, поэтому ответ - просто 0,2.
Цилиндр обладает поступательным и вращательным движениями. При поступательном движении на него будут действовать N, mg, и Fтр. кач. То есть, второй закон Ньютона будет:
N + mg + Fтр. кач. = ma
При вращательном движении на цилиндр действуют моменты тех же сил:
M (N) + M (mg) + M (Fтр. кач.) = I*ε,
где I - момент инерции, а ε - угловое ускорение.
Нам в итоге надо найти ускорение, с которым поднимается цилиндр по наклонной плоскости, чтобы потом использовать его для нахождения пути, который пройдёт цилиндр. А зная путь и угол наклона, можно высчитать высоту.
Разберёмся с проекциями сил. Направим ось Y сонаправленно с вектором силы реакции опоры N. А вектор силы трения качения Fтр. кач. будет противонаправлен оси Х (направление оси - в сторону спуска, т.к. цилиндр замедляется, то результирующая сила направлена туда же, куда и ускорение). Тогда сила тяжести mg будет складываться из вертикальной составляющей mg*cos α и горизонтальной mg*sin α.
N - mg*cos α = ma = 0 => N = mg*cos α
mg*sin α - Fтр. кач. = ma
Формула силы трения качения:
Fтр. кач. = μN / R, тогда
mg*sin α - μN / R = mg*sin α - (μ*mg*cos α) / R = mg*sin α - (μ/R)*mg*cos α = mg(sin α - (μ/R)*cos α) = ma | : m
g(sin α - (μ/R)*cos α) = a
Для вращательного движения возьмём ось Z, которая будет совпадать с осью цилиндра. Моменты сил N и mg обращаются в нуль, т.к. их плечи равны нулю. Остаётся только момент силы трения качения:
M (Fтр. кач.) = I*ε
Fтр. кач. * R = I*ε
Формула момента инерции цилиндра:
I = mR²/2, тогда
(μN / R) * R = ε*mR²/2
μN = ε*mR²/2
μ*mg*cos α = (ε*mR/2)*R | : (R*mg*cos α)
μ/R = ε*R / 2g*cos α
ε*R = а - формула линейного ускорения, значит
μ/R = а / 2g*cos α
Подставляем значение μ/R в полученную ранее формулу ускорения:
а = g(sin α - (а / 2g*cos α)*cos α) = g(sin α - (а / 2g)) = g*sin α - (а/2)
a + (а/2) = g*sin α
(3/2)a = g*sin α
a = (2g*sin α) / 3
Теперь можно найти путь, который пройдёт цилиндр. Когда он достигнет точки, в которой больше не будет двигаться вперёд, его скорость V будет равна нулю. Используем следующую формулу пути:
S = (V² - V²нач.) / 2а = - 3V²нач. / (2*2g*sin α)
Т.к. ускорение у нас всё равно отрицательное (потому что движение цилиндра равнозамедленное), можно избавиться от знака "минус" перед квадратом скорости:
S = 3V²нач. / (4g*sin α)
Нашли. Если из той точки, в которой цилиндр остановится, опустить к основанию наклонной плоскости перпендикуляр, то получится треугольник. Гипотенузой будет путь, а противолежащим катетом - высота. Известно, что отношение противолежащего катета к гипотенузе равно синусу. Тогда выразим катет, то есть высоту:
sin α = h/S => h = S*sin α
Готово. Теперь можно подставить в формулу значение пути и найти значение высоты.
h = S*sin α = (3V²нач. / (4g*sin α))*sin α = 3V²нач. / 4g = 3*1² / 4*9,8 = 3/39,2 = 0,07653... = 0,077 м или 7,7 см. В вопросе сказано округлить до первого знака после запятой, я так понимаю. Тогда 0,1 м.
Задачу можно гораздо проще решить через закон сохранения энергии. Мы знаем, что та потенциальная энергия, которой будет обладать цилиндр, когда поднимется до мёртвой точки, равна его кинетической в начале пути. Эта кинетическая складывается из энергий поступательного и вращательного движений:
Екин. = (mv²/2) + (I*w²/2),
где I - момент инерции цилиндра, а w - его угловая скорость. Момент инерции цилиндра равен
I = mR²/2, а угловая скорость равна
w = v/R, тогда
Екин. = (mv²/2) + (I*w²/2) = (mv²/2) + (mR²*v²/2*2*R²) = (mv²/2) + (mv²/4) = 3mv²/4
Екин. = Епотенц. => 3mv²/4 = mgh | : m
3v²/4 = gh
h = 3v²/4g = 0,1 м
3=m1.2
m=2.5
F2=ma2
F=2.5*3
F=7.5