Свечка на пружине
6/10Парафиновая цилиндрическая свечка высотой \(H_0\) и площадью основания \(S\) плавает в бассейне. Свечка прикреплена к полу бассейна пружинкой с жёсткостью \(k\) (см. рисунок), пружина растянута. Свечку поджигают. Пока горит фитиль, парафин медленно испаряется, форма свечки при этом остаётся цилиндрической, её высота уменьшается со скоростью \(c\). Определите, как и с какой скоростью будет изменяться растяжение пружинки.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаЗапишите второй закон Ньютона для свечки: сила тяжести, сила упругости и сила Архимеда. Сравните это равенство для двух моментов времени и найдите скорость изменения погружённой части.
ОтветРастяжение пружинки увеличивается равномерно со скоростью \(v = \dfrac{c\,\rho_п}{\rho_в + \dfrac{k}{Sg}}\).
РешениеВысота свечки \(H(t) = H_0 - ct\). Пусть \(h(t)\) — высота погружённой части свечки. Второй закон Ньютона и сила Архимеда: \[\rho_п\,g\,H(t)\,S + k\,\Delta x(t) = \rho_в\,g\,h(t)\,S.\] Глубина бассейна неизменна, поэтому \(x_0 + \Delta x(t) + h(t) = G\), откуда \(\Delta x(t) = G - h(t) - x_0\). Подставив это в уравнение и вычтя его для моментов \(t_1\) и \(t_2\), получаем \[-c\rho_п(t_2 - t_1) = \left(\rho_в + \frac{k}{Sg}\right)\bigl(h(t_2) - h(t_1)\bigr),\] то есть погружённая часть уменьшается со скоростью \(\dfrac{c\rho_п}{\rho_в + k/(Sg)}\). Пружинка при этом удлиняется с той же скоростью.
Похожие задачи
- Бруски на блоке, вода и лёд МОШ 2009/10, 8 кл.
- Тело, упавшее в воду «Шаг в будущее» 2009/10, 11 кл.
- Груз на пружине в воде МОШ 2011/12, 8 кл.
- Лёд на привязи ВсОШ 2011/12, 9 кл.
- Кастрюля с гирьками Санкт-Петербургская 2012/13, 7 кл.
- Подводные работы ВсОШ 2013/14, 9 кл.