Задачи › Сила упругости, пружины и их соединения

Шесть пружин

  1. Шесть пружин

    Росатом 2021/22, 8 кл.
    5/10

    Имеется шесть одинаковых пружин с коэффициентом жёсткости \(k\) и длиной \(l\). Пружины соединили так, как показано на рисунке. Какую силу \(\vec F\) нужно приложить к концу системы пружин, чтобы длина системы увеличилась в \(3/2\) раза. Считать, что закон Гука справедлив для любых удлинений пружин.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Одинаковые пружины, соединённые параллельно, делят силу поровну. Найдите удлинение каждой группы пружин и сложите их.

    Ответ

    \(F = \dfrac{9}{11}\,kl\).

    Решение

    Пусть к концу последней пружины приложена сила \(F\). Тогда, чтобы система пружин была в равновесии, сила упругости одиночной пружины будет равна \(F\), каждой из двух параллельных пружин — \(F/2\), каждой из трёх параллельных пружин — \(F/3\). Поэтому одиночная пружина растянута на \[\Delta l_1 = \frac{F}{k},\] две параллельные пружины — на \[\Delta l_2 = \frac{\Delta l_1}{2} = \frac{F}{2k},\] три параллельные пружины — на \[\Delta l_3 = \frac{\Delta l_1}{3} = \frac{F}{3k}.\] Поэтому удлинение системы пружин равно \[\Delta l = \Delta l_1 + \Delta l_2 + \Delta l_3 = \frac{F}{k} + \frac{F}{2k} + \frac{F}{3k} = \frac{11F}{6k}.\] Система растянется в \(3/2\) раза, если удлинение составит половину длины нерастянутой системы, т.е. \(0{,}5\cdot 3l = \dfrac{3}{2}\,l\). Отсюда \[\frac{11F}{6k} = \frac{3}{2}l \quad\Rightarrow\quad F = \frac{9}{11}\,kl.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи