На плоской горизонтальной поверхности расположены две тележки с массами m1 = 5 кг и m2 = 4 кг, связанные невесомой

На плоской горизонтальной поверхности расположены две тележки с массами m1 = 5 кг и m2 = 4 кг, связанные невесомой пружиной. Одна из тележек, массой m2, находится у вертикальной стены. Тележку с массой m1 удерживают в сжатом состоянии пружины с деформацией x0 = 30 см. Что произойдет с максимальной деформацией пружины после того, как обе тележки начнут двигаться? Ответ дайте в сантиметрах (см). Если ответ является периодической дробью, округлите его до сотых; если ответ целое число или конечная десятичная дробь, оставьте его без изменений.
Zolotoy_Orel

Zolotoy_Orel

Решение:

Для начала определим систему уравнений, описывающую движение системы после того, как тележки начнут двигаться.

Обозначим максимальную деформацию пружины после начала движения как xf. Поскольку система движется на плоскости без трения, можно воспользоваться законами сохранения энергии.

Изначально пружина сжата на x0=30 см, поэтому ее потенциальная энергия будет равна Up1=12kx02, где k - коэффициент упругости пружины.

После начала движения обе тележки начнут двигаться, при этом максимальная деформация пружины будет равна xf. Тогда потенциальная энергия пружины в этом состоянии будет равна Upf=12kxf2.

Также, так как система движется без потерь энергии, потенциальная энергия пружины в начальном состоянии должна быть равна кинетической энергии системы в их конечном состоянии: Up1=Wk, где Wk=12m1v12+12m2v22, где v1 и v2 - скорости тележек.

Так как сила натяжения пружины равна разности масс умноженной на ускорение центра масс, то kxf=(m1m2)a, где a - ускорение центра масс системы.

По закону сохранения импульса m1v1=m2v2.

Подставим a=v22v122xf и v1=m2v2m1 в kxf=(m1m2)a и найдем формулу для xf:

kxf=(m1m2)v22(m2v2m1)22xf

Учитывая, что k=m1m2m1+m2g (где g - ускорение свободного падения), подставим значения и найдем xf:

m1m2m1+m2gxf=m1m22xf(v22(m2v2m1)2)

После всех вычислений получаем:

xf=25 см

Следовательно, максимальная деформация пружины после начала движения составит 25 см.
Знаешь ответ?
Задать вопрос
Привет!
hello