Задачи › Сообщающиеся сосуды, гидравлический пресс

Сообщающиеся сосуды с платформами и пружинами

  1. Сообщающиеся сосуды с платформами и пружинами

    СПбГУ 2022/23, 9 кл.
    6/10

    Два цилиндрических сообщающихся сосуда с площадями оснований \(S_1 = 0{,}2\) м\(^2\) и \(S_2 = 0{,}1\) м\(^2\) заполнены водой (плотность \(\rho = 1000\) кг/м\(^3\)). В каждом сосуде на поверхности воды находится по невесомой платформе, плотно прилегающей к стенкам сосуда. На каждой платформе установлено по невесомой пружине с одинаковыми жёсткостями \(k = 1000\) Н/м и длинами \(L_0\). На пружину на первой платформе кладут груз массой \(M_1 = 8\) кг. Определите, груз какой массы \(M_2\) надо положить на пружину на второй платформе, чтобы оба груза оказались на одной высоте? Ответ приведите в килограммах, округлив до ближайшего целого. Положение грузов отсчитывается по их нижней поверхности. Ускорение свободного падения примите равным \(g = 10\) м/с\(^2\). Силами трения пренебрегите, пружины всегда остаются вертикальными.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(6\) кг.

    Решение

    Пружина давит на платформу с той же силой, что и груз давит на пружину, поэтому для положения платформ пружины можно не учитывать. Пусть \(H_1\) и \(H_2\) — высоты платформ над дном. Давления на уровне платформ равны: \[\rho g H_1 + \frac{M_1 g}{S_1} = \rho g H_2 + \frac{M_2 g}{S_2}.\] Длины пружин после нагрузки \(L_1 = L_0 - M_1 g/k\) и \(L_2 = L_0 - M_2 g/k\). Условие одной высоты грузов \(H_1 + L_1 = H_2 + L_2\) даёт \(H_1 - H_2 = \dfrac{g}{k}(M_1 - M_2)\). Приравнивая два выражения для разности высот, получаем \[M_2 = M_1\,\frac{S_2}{S_1}\,\frac{\rho g S_1 + k}{\rho g S_2 + k} = 8\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{2000 + 1000}{1000 + 1000}~\text{кг} = 6~\text{кг}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи