Вертикально расположенная пружина соединяет два груза. Масса верхнего груза равна 2 кг, а нижнего - 3 кг. Когда система подвешена за верхний груз, длина пружины равна 10 см. Если систему поставить на подставку на нижний груз, длина пружины окажется равной 4 см. Определите длину нерастянутой пружины.
от

1 Ответ

дано:  
масса верхнего груза m1 = 2 кг  
масса нижнего груза m2 = 3 кг  
длина пружины при подвешенной системе L1 = 10 см = 0,1 м  
длина пружины при установке на подставку L2 = 4 см = 0,04 м  

найти:  
длина нерастянутой пружины L0  

решение:  
1. Рассмотрим ситуацию, когда система подвешена за верхний груз. В этом случае на пружину действует сила тяжести обоих грузов. Сила, действующая на пружину, равна:  
F1 = (m1 + m2) * g,  
где g ≈ 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.  

Подставим значения:  
F1 = (2 кг + 3 кг) * 9,81 м/с² = 5 кг * 9,81 м/с² = 49,05 Н.

2. Используем закон Гука для определения удлинения пружины в первом случае:  
F1 = k * (L1 - L0),  
где k - жесткость пружины, а L0 - длина нерастянутой пружины.

3. Теперь рассмотрим вторую ситуацию, когда система установлена на подставку. В этом случае на пружину действует только сила нижнего груза:  
F2 = m2 * g = 3 кг * 9,81 м/с² = 29,43 Н.  

Опять используем закон Гука:  
F2 = k * (L2 - L0).

4. У нас есть две уравнения:  
49,05 Н = k * (0,1 м - L0) (1)  
29,43 Н = k * (0,04 м - L0) (2)

5. Из первого уравнения выразим k:  
k = 49,05 Н / (0,1 м - L0) (3).

6. Подставим это выражение для k во второе уравнение:  
29,43 Н = (49,05 Н / (0,1 м - L0)) * (0,04 м - L0).

7. Упростим это уравнение:  
29,43 Н * (0,1 м - L0) = 49,05 Н * (0,04 м - L0).

8. Раскроем скобки:  
2,943 м*Н - 29,43 Н * L0 = 1,962 Н - 49,05 Н * L0.

9. Переносим все члены, содержащие L0, в одну сторону:  
2,943 м*Н - 1,962 Н = 29,43 Н * L0 - 49,05 Н * L0.

10. Получаем:  
0,981 м*Н = (29,43 Н - 49,05 Н) * L0.  
0,981 м*Н = -19,62 Н * L0.

11. Делим обе стороны на -19,62 Н:  
L0 = 0,981 м / 19,62 Н = 0,0500 м = 5,00 см.

ответ:  
Длина нерастянутой пружины составит 5,00 см.
от