Шар массой 1 кг подвешен к пружине жёсткостью 500 Н/м. Шар медленно поднимают до положения, при котором пружина становится недеформированной, и отпускают без толчка. а) Чему равно начальное удлинение пружины? б) Чему равна потенциальная энергия пружины, когда отпущенный шар проходит положение равновесия? в) Чему равна скорость шара при прохождении положения равновесия?
от

1 Ответ

Дано:  
Масса шара (m) = 1 кг = 1000 г  
Жёсткость пружины (k) = 500 Н/м  
Ускорение свободного падения (g) = 9.81 м/с²  

а) Найти начальное удлинение пружины:
Начальное удлинение пружины равно силе тяжести, деленной на жесткость пружины:  
x = mg/k  
x = (1000 г * 9.81 м/с²) / 500 Н/м = 19.62 м / 500 Н/м = 0.03924 м = 3.92 см  

Ответ: Начальное удлинение пружины составляет 3.92 см.

б) Найти потенциальную энергию пружины, когда шар проходит положение равновесия:
Потенциальная энергия пружины в положении равновесия равна 0, так как никакой деформации пружины нет.

Ответ: Потенциальная энергия пружины, когда шар проходит положение равновесия, равна 0.

в) Найти скорость шара при прохождении положения равновесия:
При прохождении положения равновесия всю потенциальную энергию превращается в кинетическую энергию.  
PE = KE  
mgh = (1/2)mv²  
gh = (1/2)v²  
v² = 2gh  
v = √(2gh)  
v = √(2 * 9.81 м/с² * 0.03924 м)  
v ≈ √(0.78)  
v ≈ 0.88 м/с  

Ответ: Скорость шара при прохождении положения равновесия составляет приблизительно 0.88 м/с.
от