2016-12-31
К спиральной пружине, растяжение которой подчиняется закону Гука, прикреплена чашка весов с гирей (рис.). С какой силой надо оттянуть чашку с гирей вниз, чтобы, после того как ее отпустят, гиря в какой-то момент перестала давить на чашку?
Решение:
Когда чашка с гирей находится в покое, то пружина растянута настолько, что ее упругая сила уравновешивает вес чашки и гири. Если пружину вывести из этого, положения, оттянув ее немного вниз, и отпустить, то начнутся колебания относительно положения равновесия. В верхнем положенни растяжение пружины при этом будет наименьшим. Чтобы гиря перестала давить на чашку, необходимо, чтобы чашка начала двигаться вниз от верхнего положения с таким же ускорением, как гиря, т. е. с ускорением, равным ускорению свободного падения $g$. Это, очевидно, будет тогда, когда в верхнем положении пружина не будет растянута. Так как крайнее верхнее положение симметрично с крайним нижним относительно положения равновесия чашки с грузом, то для того, чтобы чашка дошла кверху до положения, при котором пружина вовсе не растянута, нужно сначала оттянуть пружину еще на такое же расстояние, на какое она растянута в положении равновесия.
Следовательно, чашку с гирей надо оттянуть с силой, равной весу чашки и гири.