Консультация № 132538
16.04.2008, 23:02
0.00 руб.
0 1 1
помогите пожалуйста!)Тело массой m падает с высоты Н на стоящую верикально на полу пружину жесткости k и длины L.Определить максимальную скорость тела,наибольшую силу давления на пол.Огромное спасибо)

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
21.04.2008, 10:52
общий
это ответ
Здравствуйте, Anyta111!
До соприкосновения с пружиной тело свободно падает с высоты Н; при этом высвобождается потенциальная энергия, равная m*g*H, где g - ускорение свободного падения и переходит в кинетическую; далее начинается сжатие пружины; при сжатии на величину X происходит переход в энергию упругой деформации Э<sub>упр</sub>, равную: Э<sub>упр</sub> = k*X<sup>2</sup>/2; когда сила давления на пол достигнет своего наибольшего значения, одновремённо величина X деформации пружины также достигает наибольшего значения X<sub>m</sub>. При этом и высвобожденная ранее потенциальная энергия, равная m*g*H, и плюс дополнительно высвобожденная при опускании ещё на X<sub>m</sub> потенциальная энергия, равная m*g*X<sub>m</sub> переходит в энергию упругой деформации, равную k*X<sub>m</sub><sup>2</sup>/2. Следовательно, можем написать: m*g*H + m*g*X<sub>m</sub> = k*X<sub>m</sub><sup>2</sup>/2 (1), или, учитывая, что наибольшая сила давления на пол F<sub>m</sub> равна: F<sub>m</sub> = k*X<sub>m</sub> (2) и заменив: X<sub>m</sub> = F<sub>m</sub>/k (3): m*g*H + m*g*F<sub>m</sub>/k = F<sub>m</sub><sup>2</sup>/(2*k) (4). Умножив (4) на 2*k и перенеся всё в левую часть, получаем квадратное уравнение: F<sub>m</sub><sup>2</sup> - 2*m*g*F<sub>m</sub> - 2*k*m*g*H = 0 (5), положительный корень которого: F<sub>m</sub> = m*g + √((m*g)<sup>2</sup> + 2*k*m*g*H) (6), или, в более компактной форме: F<sub>m</sub> = m*g*(1 + √(1 + 2*k*H/(m*g)) (7). Ускорение тела a определяется из уравнения 2-го закона Ньютона: m*a = F<sub>т</sub> - F<sub>пр</sub> (8), где F<sub>т</sub> = m*g - сила тяжести, F<sub>пр</sub> = k*X<sub>с</sub> - сила противодействия пружины, X<sub>с</sub> - деформация пружины, считая от момента соприкосновения; отсюда a = g - k*X<sub>с</sub>/m (9). Свою максимальную скорость V<sub>m</sub> тело достигнет в точке, где a = 0 (т.к. дальше a станет отрицательным, и скорость будет уменьшаться); значит в этой точке g - k*X<sub>с</sub>/m = 0, откуда X<sub>с</sub> = m*g/k (10). К этому моменту высвободится потенциальная энергия, равная m*g*(H + X<sub>с</sub>), но часть её, равная k*X<sub>с</sub><sup>2</sup>/2, перейдёт в энергию упругой деформации пружины; то, что останется, будет кинетической энергией, равной m*V<sub>m</sub><sup>2</sup>/2. Написав: m*g*(H + X<sub>с</sub>) - k*X<sub>с</sub><sup>2</sup>/2 = m*V<sub>m</sub><sup>2</sup>/2 (11) и подставив значение X<sub>с</sub> из (10), после упрощений получим: V<sub>m</sub> = √(2*g*H(1 + m*g/(2*k*H))) (12).
Форма ответа