Вопрос, страница 79 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Вопрос

Почему груз, подвешенный на предварительно нерастянутую пружину, продолжает движение вниз после достижения положения равновесия, в котором сила тяжести равна по модулю силе упругости и направлена противоположно?

Это явление объясняется инерцией. Рассмотрим процесс движения груза поэтапно:

1. Начало движения. В начальный момент, когда груз подвешен на нерастянутую пружину и отпущен, единственная сила, действующая на него (пренебрегая сопротивлением воздуха), — это сила тяжести $F_{тяж} = mg$, направленная вниз. Под её действием груз начинает двигаться вниз с ускорением.

2. Движение к положению равновесия. По мере движения груза вниз пружина растягивается. Возникает сила упругости $F_{упр} = k \cdot \Delta l$, направленная вверх. Пока груз находится выше положения равновесия, сила тяжести больше силы упругости ($F_{тяж} > F_{упр}$). Равнодействующая этих двух сил направлена вниз, и груз продолжает ускоряться, набирая скорость и кинетическую энергию.

3. Прохождение положения равновесия. В положении равновесия сила тяжести становится равной по модулю и противоположной по направлению силе упругости: $F_{тяж} = F_{упр}$. В этот момент равнодействующая всех сил, приложенных к грузу, становится равной нулю. Однако, в соответствии с первым законом Ньютона (законом инерции), тело стремится сохранить свою скорость, если равнодействующая сил равна нулю. Поскольку к этому моменту груз уже набрал максимальную скорость, он не останавливается, а продолжает двигаться вниз по инерции.

4. Движение после положения равновесия. Как только груз опускается ниже положения равновесия, растяжение пружины продолжает увеличиваться, и сила упругости становится больше силы тяжести ($F_{упр} > F_{тяж}$). Теперь равнодействующая сила направлена вверх, против движения груза. Эта сила создает отрицательное ускорение (торможение), скорость груза уменьшается, пока он не достигнет нижней точки, где на мгновение остановится, а затем начнет двигаться вверх, совершая колебания.

Ответ: Груз продолжает движение вниз после достижения положения равновесия из-за инерции. К моменту достижения этой точки он уже обладает скоростью, направленной вниз, и продолжает двигаться, пока возникшая тормозящая сила (превышение силы упругости над силой тяжести) не остановит его.