Задачи для самостоятельной подготовки "УчУ"




Задача № 14954

Грузик массой m положили на пружину жёсткостью k = 590
Н
м
и прижали к ней так, что длина пружины изменилась на x = 31 мм. После того, как пружину отпустили, грузик подлетел на высоту h = 63,3 cм, двигаясь при этом со скоростью v = 1,232
м
с
. Какова масса этого грузика? Ответ дайте в граммах.


Решение и ответ:
Ответ: 39,991327301002
в виде формулы:39.991327301002

Для решения задачи используем закон сохранения энергии: ΣE = const.
В этой задаче нас интересует энергия, запасённая в пружине (потенциальная энергия пружины EПп =
kx2
2
), энергия, запасённая грузиком в поле силы тяжести (потенциальная энергия силы тяжести (EПт = mgh) и энергия движения грузика (кинетическая энергия EК =
mv2
2
).
Таким образом, применительно к этой задаче оно будет выглядеть так: EПп + EПт + EК = const.
Нас интересует два состояния: состояние 1 - когда пружина была сжата и грузик лежит на ней (на рисунке - левая часть) и состояние 2 - пружина расжата, грузик на некоторое высоте движется с некоторой скоростью (на рисунке - правая часть). Учтём это, получим для данных двух состояний: EПп1 + EПт1 + EК1 = EПп2 + EПт2 + EК2.
Заменим энергии их формулами:
kx12
2
+ mgh1 +
mv12
2
=
kx22
2
+ mgh2 +
mv22
2
.
Примем h1 = 0 м - оттуда грузик начинает движение, так как изначально он покоится, то v1 = 0
м
с
.
При этом в состоянии 2 пружина распрямилась - её деформация x2 = 0 м, таким образом уравнение упростится:
kx12
2
= mgh2 +
mv22
2
(это уравнение показывает, что энергия пружины потратилась на разгон грузика и набор им высоты).
Из него: kx12 = 2mgh2 + mv22 = m×(2gh2 + v22).
Выразим и подставим значения: m =
kx12
2gh2 + v22
=
590×0,0312
2×10×0,633 + 1,2322
≈ 0,04 кг = 40 г
(все величины обязательно переводим в систему СИ, ответ переводим в граммы).


Решения этой задачи от наших учеников:
(Решение с незначительными недочётами, ответ верный) Комментарий к решению: В последнем действии масса получилась неточная, а ученик пишет знак точного равенства массы m = 0,039 кг. Ответ верный, решение верное.

Похожие задачи: 14690.

Нашли ошибку? Сообщите нам!
Не хватает табличных данных? Посмотрите в справочнике!

Тема: Энергия, работа, мощность и закон сохранения энергии.