Когда к пружине подвесили груз 3 кг, ее длина оказалась равной 112 мм. Когда же массу груза увеличили до 8 кг, то длина пружины стала 132 мм. Какую работу надо совершить, чтобы растянуть пружину до 132 мм из недеформированного состояния?
от

1 Ответ

Дано:  
масса груза 1 (m1) = 3 кг  
длина пружины с грузом 1 (L1) = 112 мм = 0,112 м  
масса груза 2 (m2) = 8 кг  
длина пружины с грузом 2 (L2) = 132 мм = 0,132 м  
гравитационное ускорение (g) = 9,81 м/с²  

Найти:  
работу (A), необходимую для растяжения пружины до длины 132 мм из недеформированного состояния.

Решение:

1. Найдем силу, действующую на пружину, для каждого груза:
   
   F1 = m1 * g = 3 кг * 9,81 м/с² = 29,43 Н  
   F2 = m2 * g = 8 кг * 9,81 м/с² = 78,48 Н  

2. Определим деформацию пружины для каждого груза:
   
   деформация с грузом 1:  
   ΔL1 = L1 - L0, где L0 - длина пружины в недеформированном состоянии.  
   Мы не знаем L0, но можем выразить его через ΔL1 и ΔL2.  

   деформация с грузом 2:  
   ΔL2 = L2 - L0  

3. Поскольку пружина подчиняется закону Гука (F = k * ΔL), мы можем записать:  

   F1 = k * ΔL1  
   F2 = k * ΔL2  

4. Из этих уравнений выразим k:  

   k = F1 / ΔL1  
   k = F2 / ΔL2  

5. Из равенства k получаем:  

   F1 / (L1 - L0) = F2 / (L2 - L0)  

6. Подставим известные значения:  

   29,43 / (0,112 - L0) = 78,48 / (0,132 - L0)  

7. Перемножим и решим уравнение:  

   29,43 * (0,132 - L0) = 78,48 * (0,112 - L0)  
   3,89856 - 29,43 * L0 = 8,78576 - 78,48 * L0  
   78,48 * L0 - 29,43 * L0 = 8,78576 - 3,89856  
   49,05 * L0 = 4,8872  
   L0 ≈ 0,0995 м  

8. Теперь найдем деформации:  

   ΔL1 = L1 - L0 = 0,112 - 0,0995 = 0,0125 м  
   ΔL2 = L2 - L0 = 0,132 - 0,0995 = 0,0325 м  

9. Теперь найдем жесткость пружины k:  

   k = F1 / ΔL1 = 29,43 / 0,0125 = 2354,4 Н/м  

10. Теперь найдем работу, необходимую для растяжения пружины до 132 мм:  

   Работа A = (1/2) * k * (ΔL2)^2  
   A = (1/2) * 2354,4 * (0,0325)^2  
   A = 0,5 * 2354,4 * 0,00105625  
   A ≈ 1,2434 Дж  

Ответ:  
Работа, которую нужно совершить, чтобы растянуть пружину до 132 мм из недеформированного состояния, составляет примерно 1,24 Дж.
от