Задание 21 ЕГЭ по физике · 1A1FBB
Пружины и свободное падение
Пирамидка № 1
Пирамидка № 2
Два деревянных кольца детских пирамидок № 1 и № 2, способных без трения скользить по оси, соединили с основаниями двумя одинаковыми лёгкими пружинками (см. рисунок). Пирамидку № 2 поместили в прочный сосуд с глицерином, прикрепив основание к его дну. Обе пирамидки покоятся относительно Земли. Плотность глицерина больше плотности дерева. Как изменится по сравнению с этим случаем (увеличится, уменьшится или останется прежней) длина пружин пирамидок № 1 и № 2 во время свободного падения с балкона высокого дома? Сопротивлением воздуха пренебречь. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Пирамидка № 2
Два деревянных кольца детских пирамидок № 1 и № 2, способных без трения скользить по оси, соединили с основаниями двумя одинаковыми лёгкими пружинками (см. рисунок). Пирамидку № 2 поместили в прочный сосуд с глицерином, прикрепив основание к его дну. Обе пирамидки покоятся относительно Земли. Плотность глицерина больше плотности дерева. Как изменится по сравнению с этим случаем (увеличится, уменьшится или останется прежней) длина пружин пирамидок № 1 и № 2 во время свободного падения с балкона высокого дома? Сопротивлением воздуха пренебречь. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Для пирамидки № 1 в состоянии покоя на кольцо действует сила тяжести mg, направленная вниз. Пружины уравновешивают эту силу, поэтому они растянуты относительно естественной длины.
Во время свободного падения кольцо и основание пирамидки № 1 получают одинаковое ускорение g. В системе отсчёта, связанной с пирамидкой, сила тяжести компенсируется силой инерции, поэтому натяжение пружин становится равным нулю. Пружины возвращаются к естественной длине, то есть их длина уменьшается.
Для пирамидки № 2 в покое действует также сила Архимеда FA=ρглицеринаgV. Поскольку плотность глицерина больше плотности дерева, FA>mg. Поэтому для равновесия кольца пружины должны быть сжаты и оказывать направленную вверх силу.
При свободном падении сосуда с глицерином жидкость и кольцо движутся с одинаковым ускорением. В свободно падающей системе эффективное поле тяжести отсутствует, поэтому исчезает как вес кольца, так и эффективная сила Архимеда. Сила упругости становится равной нулю, и сжатые пружины возвращаются к естественной длине. Их длина увеличивается.
Во время свободного падения кольцо и основание пирамидки № 1 получают одинаковое ускорение g. В системе отсчёта, связанной с пирамидкой, сила тяжести компенсируется силой инерции, поэтому натяжение пружин становится равным нулю. Пружины возвращаются к естественной длине, то есть их длина уменьшается.
Для пирамидки № 2 в покое действует также сила Архимеда FA=ρглицеринаgV. Поскольку плотность глицерина больше плотности дерева, FA>mg. Поэтому для равновесия кольца пружины должны быть сжаты и оказывать направленную вверх силу.
При свободном падении сосуда с глицерином жидкость и кольцо движутся с одинаковым ускорением. В свободно падающей системе эффективное поле тяжести отсутствует, поэтому исчезает как вес кольца, так и эффективная сила Архимеда. Сила упругости становится равной нулю, и сжатые пружины возвращаются к естественной длине. Их длина увеличивается.
Пример ответа
Длина пружин пирамидки № 1 уменьшится, а длина пружин пирамидки № 2 увеличится.
Источник: Открытый банк ФИПИ 1A1FBB
Похожие задания
21В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис.…Изменение фототока при фиолетовом свете · 00B1EF21Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от…Равновесие капли в конденсаторе · 075D3921К колебательному контуру подсоединили источник тока, на клеммах которого напряжение гармонически меняется с…Зависимость тока от индуктивности · 0A303921На рисунке 1 приведена зависимость внутренней энергии U 1 моль идеального одноатомного газа от его давления р…Переход из координат U–p в p–V · 0A953321Линзу удерживают на расстоянии 3 см от тетрадного листа с клетками, на котором нарисованы направленные в одну…Определение фокусного расстояния линзы · 0B795A21Батарея из четырёх конденсаторов электроёмкостью С1 = 2С, С2 = С, С3 = 4С и С4 = 2С подключена к источнику…Энергия батареи конденсаторов · 0C59AA
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.