Задание 21 ЕГЭ по физике · 746AB3
Пружины в свободном падении
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 водой, прикрепив основание к его дну. Обе пирамидки покоятся относительно Земли. 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 водой, прикрепив основание к его дну. Обе пирамидки покоятся относительно Земли. 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 сила упругости пружины уравновешивает силу тяжести кольца.
Fупр=mg
Во время свободного падения кольцо и основание движутся с одинаковым ускорением g, поэтому в их общей неинерциальной системе сила тяжести компенсируется инерционной силой. Эффективный вес кольца равен нулю.
Pэфф=m(g−a)=0
Сила упругости пружины определяется её деформацией по закону Гука. При отсутствии нагрузки пружина возвращается к естественной длине. Так как до падения пружина была растянута силой тяжести, её длина уменьшится.
Fупр=kΔl→0,l→l0
Для пирамидки № 2 в покое сила упругости уравновешивает разность силы тяжести и силы Архимеда.
Fупр=mg−FA
При свободном падении сосуда с водой гидростатическое давление не возрастает с глубиной, поэтому сила Архимеда исчезает. Одновременно исчезает эффективный вес кольца. Поэтому сила упругости также становится равной нулю, и пружина сокращается до естественной длины.
FA=0,Fупр=0
Fупр=mg
Во время свободного падения кольцо и основание движутся с одинаковым ускорением g, поэтому в их общей неинерциальной системе сила тяжести компенсируется инерционной силой. Эффективный вес кольца равен нулю.
Pэфф=m(g−a)=0
Сила упругости пружины определяется её деформацией по закону Гука. При отсутствии нагрузки пружина возвращается к естественной длине. Так как до падения пружина была растянута силой тяжести, её длина уменьшится.
Fупр=kΔl→0,l→l0
Для пирамидки № 2 в покое сила упругости уравновешивает разность силы тяжести и силы Архимеда.
Fупр=mg−FA
При свободном падении сосуда с водой гидростатическое давление не возрастает с глубиной, поэтому сила Архимеда исчезает. Одновременно исчезает эффективный вес кольца. Поэтому сила упругости также становится равной нулю, и пружина сокращается до естественной длины.
FA=0,Fупр=0
Пример ответа
Длина пружины пирамидки № 1 уменьшится, и длина пружины пирамидки № 2 также уменьшится: обе пружины перейдут к естественной длине.
Источник: Открытый банк ФИПИ 746AB3
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.