Question

Шарик массой 100 г падает с высоты 1 м на пружину. При этом пружина сжимается. Определить потенциальную энергию сжатой пружины.

Answer 1

Пренебрегая потерями энергии, получаем, что потенциальная энергия шарика полностью перейдет в потенциальную энергию пружины
Ер=mgh
Ep=0.1*9.8*1=0.98 Дж

Answer 2

Для решения данной задачи нужно использовать закон сохранения энергии, согласно которому полная механическая энергия системы остается постоянной. В начальный момент шарик обладает потенциальной энергией, равной энергии, необходимой для поднятия его на высоту 1 м: mgh = 0,1 кг * 9,8 м/с^2 * 1 м = 0,98 Дж Здесь m - масса шарика, g - ускорение свободного падения, h - высота, на которую поднят шарик.

При ударе шарик передает свою кинетическую энергию пружине, которая начинает сжиматься. Когда пружина достигает максимального сжатия, кинетическая энергия шарика превращается в потенциальную энергию пружины. Если обозначить максимальное сжатие пружины через x, то потенциальная энергия сжатой пружины выражается формулой: Ep = kx^2/2, где k - коэффициент упругости пружины.

Чтобы определить x, необходимо использовать закон сохранения энергии. Полная механическая энергия системы до удара равна ее энергии после удара, то есть: mgh = Ep 0,98 Дж = kx^2/2 Отсюда: x^2 = 2 * 0,98 Дж / k x = √(2 * 0,98 Дж / k)

Таким образом, чтобы определить потенциальную энергию сжатой пружины, нужно знать коэффициент упругости k пружины. Если он неизвестен, его можно определить экспериментально.