Рассчитайте потенциальную энергию системы «пружина—груз», изображенную на рисунке, относительно пола. Масса груза равна m = 4 кг, жесткость пружины k = 100 Н/м, длина свободной нерастянутой пружины l = 1 м, расстояние между полом и потолком H = 1,9 м. Ускорение свободного падения примите равным g = 10 м/с2.
Решение
Шаг 1:
Груз действует на пружину с силой:
F = mg.
Пружина под действием этой силы растягивается на расстояние:
Шаг 2:
Груз находится от пола на высоте:
h = H — l — x = 0,5 м.
Шаг 3:
Потенциальная энергия растянутой пружины:
Потенциальная энергия поднятого на высоту h груза относительно пола:
Ep2 = mgh = 20 Дж.
Полная потенциальная энергия всей системы относительно пола:
