Задачи для самостоятельной подготовки "УчУ"




Задача № 15151

Грузик массой m = 17 г положили на пружину жёсткостью k = 790
Н
м
и прижали к ней так, что длина пружины изменилась на x = 22 мм. До какой максимальной высоты hmax подлетел грузик после того как пружину отпустили? Ответ дайте в сантиметрах.


Решение и ответ:
Ответ: 112,45882352941
в виде формулы:112.45882352941

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 максимальной высоте (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
.
Тогда высота наивысшего подъёма hmax = h2 - это будет искомая величина, в этом состоянии тело не движется v2 = 0
м
с
, а пружина распрямилась - её деформация x2 = 0 м, таким образом уравнение упростится:
kx12
2
= mgh2
(это уравнение показывает, что энергия пружины потратилась на набор грузиком высоты).
Выразим и подставим значения: h2 =
kx12
2mg
=
790×0,0222
2×0,017×10
≈ 1,125 м = 112,5 см
(все величины обязательно переводим в систему СИ, ответ переводим в сантиметры).


Похожие задачи: 14687, 14684.

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

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