Задачи › Сила упругости, пружины и их соединения

Блок на пружине и жгутах

  1. Блок на пружине и жгутах

    СПбГУ 2022/23, 8 кл.
    7/10

    Система состоит из массивного блока, подвешенного на пружине жёсткостью \(k_1\), и двух невесомых упругих жгутов с жёсткостями \(k_2\) и \(k_3\) (\(k_2<k_3\)), связанных невесомой нерастяжимой нитью. Связка нить-жгуты перекинута через блок и может скользить по нему без трения. Концы пружины и жгутов прочно прикреплены к двум параллельным горизонтальным плоскостям (см. рисунок). В начальный момент времени жгуты не растянуты. Плоскости развели, увеличив расстояние между ними на \(\Delta H\). Найдите, на сколько удлинилась пружина и жгуты по сравнению с начальным состоянием. Геометрическими размерами блока можно пренебречь.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Натяжение нити одинаково по всей её длине; из равновесия блока и отсутствия трения получите связь удлинений пружины и жгутов, затем используйте изменение расстояния между плоскостями.

    Ответ

    \(\Delta x_1=\dfrac{4\Delta H}{4+\dfrac{k_1}{k_2}+\dfrac{k_1}{k_3}}\);  \(\Delta x_2=\dfrac{2\Delta H}{1+\dfrac{4k_2}{k_1}+\dfrac{k_2}{k_3}}\);  \(\Delta x_3=\dfrac{2\Delta H}{1+\dfrac{4k_3}{k_1}+\dfrac{k_3}{k_2}}\), где \(\Delta x_1\) — удлинение пружины, \(\Delta x_2\) и \(\Delta x_3\) — жгутов.

    Решение

    Обозначим изменения длин: \(\Delta x_1\) — пружина, \(\Delta x_2\) и \(\Delta x_3\) — жгуты. Пусть \(M\) — масса блока, \(\Delta x_0\) — начальное удлинение пружины. В начальном состоянии \(k_1\Delta x_0=Mg\). После развода плоскостей равновесие блока: \[k_1(\Delta x_0+\Delta x_1)-Mg-2k_2\Delta x_2=0 \quad\Rightarrow\quad k_1\Delta x_1=2k_2\Delta x_2.\] Нить и жгуты натянуты одной силой по всей длине, поэтому \(k_2\Delta x_2=k_3\Delta x_3\). Расстояние между плоскостями изменилось на \[\Delta H=\Delta x_1+\frac{\Delta x_2+\Delta x_3}{2}.\] Решая систему, получаем ответ, приведённый выше.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи