Груз массой m=1.0 кг подвешен к лёгкой пружине жесткостью k=200 Н/м. Груз приподнимают в положение, в котором пружина становится недеформированной , и опускают без начальной скорости. Определите максимальную деформацию пружины.
Максимальная деформация пружины будет достигнута в момент, когда кинетическая энергия груза полностью преобразуется в потенциальную энергию пружины.
Кинетическая энергия груза в точке его максимальной выдвиженности будет равна нулю, так как груз остановится на короткое мгновение перед тем, как начнет двигаться в обратном направлении.
Таким образом, потенциальная энергия в точке максимальной деформации пружины равна кинетической энергии груза в начальный момент опускания:
mgh = 0.5mv^2,
где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - максимальная деформация пружины, v - скорость груза на верхней точке его траектории.
Ускорение свободного падения g примем равным 9.8 м/c^2.
Также из закона сохранения энергии:
0.5kx^2 = mgh,
где k - жесткость пружины, x - максимальная деформация пружины.
Отсюда следует:
0.5 200 x^2 = 1 9.8 h, 100x^2 = 9.8h.
Из первого уравнения найдем v = ((2mgh)/m)^0.5 = (19.6h)^0.5.
Подставим v в уравнение:
19.6h = 100x^2, h = 100x^2/19.6, h = 5.1x^2.
Таким образом, максимальная деформация пружины равна 5.1 раза квадрат корня от максимальной деформации пружины в данной задаче.
Максимальная деформация пружины будет достигнута в момент, когда кинетическая энергия груза полностью преобразуется в потенциальную энергию пружины.
Кинетическая энергия груза в точке его максимальной выдвиженности будет равна нулю, так как груз остановится на короткое мгновение перед тем, как начнет двигаться в обратном направлении.
Таким образом, потенциальная энергия в точке максимальной деформации пружины равна кинетической энергии груза в начальный момент опускания:
mgh = 0.5mv^2,
где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - максимальная деформация пружины, v - скорость груза на верхней точке его траектории.
Ускорение свободного падения g примем равным 9.8 м/c^2.
Также из закона сохранения энергии:
0.5kx^2 = mgh,
где k - жесткость пружины, x - максимальная деформация пружины.
Отсюда следует:
0.5 200 x^2 = 1 9.8 h,
100x^2 = 9.8h.
Из первого уравнения найдем v = ((2mgh)/m)^0.5 = (19.6h)^0.5.
Подставим v в уравнение:
19.6h = 100x^2,
h = 100x^2/19.6,
h = 5.1x^2.
Таким образом, максимальная деформация пружины равна 5.1 раза квадрат корня от максимальной деформации пружины в данной задаче.