大学の講義の内容が分からないので質問させていただきます。 こちらの画像の問題を解説お願いします。

大学の講義の内容が分からないので質問させていただきます。
こちらの画像の問題を解説お願いします。

No.1 回答者： doc_somday 回答日時： 2019/01/15 12:24

「物理」カテでお訊きなさい。

No.2 回答者： han-ka-2 回答日時： 2019/01/15 19:19

あぁー，その他のカテゴリで答がもらえないので，こっちなんですね。

大学生ですか？　困りましたねぇ。

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2019/01/15 20:32

ままずは、図の中に「働いている力」をすべて（漏れなく、重複なく）書き出すことが基本です。

上の「質量Mの物体」を上に持ち上げるには、「重力 Mg よりも大きい力で鉛直上向きの力が必要」ということは分かりますね？
つまり、下の「くさび」が、上の物体を上向きに Mg 以上の力で押す必要があるということです。
そのためには、くさびの斜面に直角な上方向に
　Mg /sinθ　　　　①
の力が必要で、そのためには水平方向に
　[Mg /sinθ]cosθ　　　　②
の力をかけないといけません。（青の力）

一方、垂直抗力が①なので、摩擦力
　μ1*Mg/sinθ　(μ1：物体とくさびとの静止摩擦係数）
がくさびに対して右方向に働きます。（緑の力）
この水平成分は
　[μ1*Mg/sinθ]sinθ = μ1*Mg　　　　③

さらに、くさびは床から
　μ2*mg　　　(μ2：くさびと床との静止摩擦係数）　　　　④
の水平方向の摩擦力を受けます。（茶色の力）

従って、物体を上に動かすために必要な水平方向の力は、
③物体とくさびとの摩擦力（緑）
④くさびと床との摩擦力（茶色）
に打ち勝って
②物体を上に持ち上げるための力（青）
を加えないといけないので　
　F ≧ [Mg /sinθ]cosθ + μ1*Mg + μ2*mg
ということになります。

数値計算はご自分で。

No.4 回答者： konjii 回答日時： 2019/01/16 15:02

Ｆ＝０．６ｋｇ＊ｇ＋６０ｋｇ＊ｇ＊cos²２０°＊０．１５（１＋cos２０°＊sin２０°＊０．２０）

No.5 ベストアンサー 回答者： endlessriver 回答日時： 2019/01/17 00:03

この手は不得手なのですが、難しい問題のように思えて、#3さんを参考に考えてみたが自信はない。

1.　大局的に、mを押す力をF、床の抗力をN₁、Mからmに加わる力をF₂、壁の抗力をN₃、Mのでm
　に対する（面に垂直な）抗力をN₂とすると

　F=μ₁N₁+μ₂N₂sinθ・・・・・①
　N₁=F₂+mg・・・・➁
　F₂=Mg+μ₁N₃・・・・③
　N₃=(F₂cosθ+μ₂N₂)sinθ・・・・④
　となる。

2.　➁③は問題ないと思う。➀の2項はMによるN₂の摩擦力μ₂N₂の反作用の水平成分である。
　④については、F₂を分解したF₂cosθと摩擦力μ₂N₂の和の水平成分が壁を押し付ける力N₃に
　なる。なお、F₂cosθの垂直成分は元のF₂になり、摩擦力の垂直成分はM,m側の反作用同士
　が打ち消す。

　なお、F₂の分解を最初から、水平方向に取ったひし形にすればよいと思うかもしれないが
　その水平成分には、m,Mの摩擦に関係する摩擦面に垂直な成分が含まれ、正しい摩擦が計
　算出来ない。

　したがって
　N₂=F₂sinθ・・・・⑤
　だから、③④⑤からN₃、N₂を消して、F₂を求めると

　F₂=Mg/{(1-μ₁(cosθ+μ₂sinθ)sinθ}
　となる。すると①②③⑤から
　F=F=μ₁N₁+μ₂N₂sinθ=μ₁(F₂+mg)+μ₂F₂sin²θ=μ₁mg+(μ₁+μ₂sin²θ)F₂
=μ₁mg+(μ₁+μ₂sin²θ)Mg/{(1-μ₁(cosθ+μ₂sinθ)sinθ}

3.　したがって
　sinθ=0.94, cosθ=0.342
　F>μ₁mg+(μ₁+μ₂sin²θ)Mg/{(1-μ₁(cosθ+μ₂sinθ)sinθ}
　　={0.2・3+(0.2+0.15・0.94²)60}9.8/{1-0.2(0.342+0.15・0.94)0.94}
　　=222[N]

くどいようですが・・・自信無し。