Для того чтобы найти массу груза, висящего на пружине в лифте, который опускается с постоянным ускорением, нам нужно учитывать не только силу тяжести, но и дополнительное ускорение лифта.
Давайте начнем с анализа сил, действующих на груз. Груз испытывает две основные силы:
- Сила тяжести ( F_g = mg ).
- Сила упругости пружины ( F_s = k \Delta L ), где ( k ) — жесткость пружины, а ( \Delta L ) — удлинение пружины.
Когда лифт двигается с ускорением вниз, на груз действует дополнительная инерционная сила, направленная вверх. Эффективное ускорение, которое будет действовать на груз в системе отсчета лифта, составит ( g - a ), где ( g ) — ускорение свободного падения (примерно 9,8 м/с²), а ( a ) — ускорение лифта (1,2 м/с²).
В состоянии равновесия, сила упругости пружины должна уравновешивать эффективную силу тяжести груза:
[ F_s = m(g - a) ]
Подставляя выражение для силы упругости:
[ k \Delta L = m(g - a) ]
Теперь можем выразить массу ( m ):
[ m = \frac{k \Delta L}{g - a} ]
Подставим известные значения:
- жёсткость пружины ( k = 110 ) Н/м,
- удлинение пружины ( \Delta L = 1,6 ) см = 0,016 м,
- ( g = 9,8 ) м/с²,
- ускорение лифта ( a = 1,2 ) м/с².
Тогда:
[ m = \frac{110 \times 0,016}{9,8 - 1,2} ]
[ m = \frac{1,76}{8,6} ]
[ m \approx 0,2047 \text{ кг} ]
Таким образом, масса груза составляет примерно 0,2047 кг.