Задание 22 ЕГЭ, физика: Механика
Нить, удерживающая легкую пружину в сжатом состоянии, внезапно оборвалась (см. рисунок). На сколько сантиметров была сжата пружина жесткостью 20 кН/м, если она сообщила бруску массой 20 г максимальную скорость 10 м/с? Трением бруска о поверхность и массой пружины пренебречь.
Разбор
Шаг 1. Определяем начальное состояние системы
Пружина сжата на величину и удерживается нитью. Брусок неподвижен. В этот момент вся энергия системы — потенциальная энергия деформированной пружины:
Шаг 2. Определяем конечное состояние системы
После разрыва нити пружина толкает брусок. Максимальную скорость брусок приобретает в момент, когда пружина полностью распрямляется (перестаёт деформироваться). В этот момент вся энергия превращается в кинетическую:
Шаг 3. Применяем закон сохранения механической энергии
Поскольку трением пренебрегаем, а работа силы тяжести и реакции опоры равна нулю (они перпендикулярны перемещению), полная механическая энергия сохраняется:
Шаг 4. Решаем уравнение относительно
Упрощаем на 2 и выражаем :
Шаг 5. Подставляем числовые значения
м/с, г кг, кН/м Н/м:
Типичные ошибки
- Забыть перевести граммы в килограммы и килоньютоны в ньютоны, что приводит к ошибке на несколько порядков в расчёте
- Предположить, что максимальная скорость достигается в момент максимального сжатия пружины, а не при её распрямлении
- Не учесть, что коэффициент жесткости входит в знаменатель под корнем, поэтому чем жёстче пружина, тем меньше должна быть деформация для сообщения той же скорости
Похожие задачи
- № 4745Горизонтально расположенная невесомая пружина с жесткостью … находится в недеформированном состоянии. Один ее конец закр
- № 24117… Конический маятник представляет собой маленький грузик массой m = 100 г, вращающийся с угловой скоростью … вокруг верт
- № 10234Упругая легкая пружина жесткостью 80 Н/м одним концом прикреплена к лапке штатива. К свободному концу пружины подвешен
- № 35249Груз массой 200 г подвешен на пружине жесткостью 100 Н/м к потолку лифта. Лифт равноускорено движется вниз, набирая ско
- № 29738Груз массой 2 кг, закрепленный на пружине жесткостью 200 Н/м, совершает гармонические колебания с амплитудой 10 см. Как
- № 29806… На горизонтальный диск проигрывателя пластинок положили два одинаковых маленьких грузика массой m каждый, соединенных