$4.1.22.$ Под каким углом к горизонту расположится поверхность жидкости в сосуде, скользящем по наклонной плоскости, составляющей угол $α$ с горизонтом, если коэффициент трения равен $\mu$?
Для начала, решим вспомогательную задачу
На тележке стоит сосуд с жидкостью; тележка движется без трения с ускорением $a$ в горизонтальном направлении. Определить форму поверхности жидкости
Выделим мысленно малый объем жидкости массой ту самой поверхности (рис.). При установившемся движении этот малый объем движется, как и вся тележка, с ускорением $a$. Силы, действующие на объем массой $m$, должны давать равнодействующую, равную $ma$, направленную в сторону ускорения. Этими силами будут сила тяжести $mg$ и сила реакции $N$ нижележащих слоев, нормальная к поверхности жидкости. Сила $N$ должна иметь такой модуль и направление, чтобы равнодействующая сил $N$ и $mg$ была равна $ma$. Тогда из треугольника $ABC$ мы будем иметь соотношение $ma = mg \tan \alpha$, откуда $$\boxed{\tan \alpha = a/g}$$ Следовательно, поверхность жидкости, перпендикулярная к силе реакции $N$, должна составлять с горизонтом угол $\alpha$, определяемый этим соотношением.
Теперь вернемся к исходной задаче
Теперь вернемся к исходной задаче
Ускорение сосуда, скользящего по наклонной плоскости, определяется формулой $$a = g ( \sin \alpha - \mu \cos \alpha)$$ и направлено вдоль наклонной плоскости.
Рассмотрим воду в системе отсчета, связанной с сосудом. Естественно, эта система неинерциальная. Можно ввести эффективное ускорение свободного падения $\vec{g}^{*} = \vec{g} - \vec{a}$. Поверхность воды перпендикулярна вектору $\vec{g}^{*}$ (так как в этой системе вода покоится). Из рисунка следует, что искомый угол $\beta$ определяется $$\tan \beta = \frac{g \sin \alpha - a}{ g \cos \alpha} = \mu$$ Относительно горизонта, угол будет составлять $$\boxed{\delta = α − \arctan \mu}$$
$$β = α − \arctan \mu$$