Номер 190, страница 35 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Третий закон Ньютона - номер 190, страница 35.

Условие.

► 190. Пружина сжата, перевязана нитью и поставлена вертикально на стол. Что произойдёт, если нить пережечь? Проделайте опыт и поясните его результаты.

Решение.

Что произойдёт, если нить пережечь?

Если пережечь нить, которая удерживает сжатую пружину, поставленную вертикально на стол, пружина резко распрямится и подпрыгнет.

Пояснение результатов опыта

Это явление объясняется на основе закона сохранения энергии.

1. Изначально сжатая пружина обладает запасом потенциальной энергии упругой деформации. Эта энергия вычисляется по формуле $E_п = \frac{kx^2}{2}$, где $k$ – жёсткость пружины, а $x$ – величина её сжатия. Нить не даёт этой энергии высвободиться.

2. Когда нить пережигается, сдерживающая сила исчезает. Под действием внутренних сил упругости пружина стремится вернуться в недеформированное состояние и начинает очень быстро распрямляться.

3. Нижний конец пружины давит на стол, а верхний устремляется вверх. Сила упругости, с которой пружина действует на опору (стол) и на саму себя, в первый момент значительно превышает силу тяжести, действующую на пружину. В результате этого взаимодействия пружина отталкивается от стола и подлетает вверх.

4. Происходит преобразование энергии: накопленная потенциальная энергия сжатой пружины переходит в кинетическую энергию её движения ($E_к = \frac{mv^2}{2}$). По мере подъёма пружины её кинетическая энергия, в свою очередь, переходит в потенциальную энергию тела, поднятого над землёй ($E_п = mgh$). Достигнув максимальной высоты, пружина на мгновение остановится и затем упадёт обратно на стол.

Ответ: Пружина подпрыгнет. Это происходит потому, что запасённая в сжатой пружине потенциальная энергия упругой деформации преобразуется в кинетическую энергию, которая заставляет пружину оттолкнуться от стола и двигаться вверх.