Для решения данной задачи воспользуемся законом Гука, который гласит, что удлинение пружины пропорционально силе, действующей на нее.
Формула закона Гука имеет вид:
F = k * x,
где F - сила, действующая на пружину,
k - коэффициент упругости (у пружины он постоянный),
x - удлинение пружины.
В данной задаче удлинение пружины при ускорении равно 3 см.
Ускорение можно перевести в м/с^2, зная, что g = 9.8 м/с^2, и в данной задаче а = g/5.
Тогда:
a = 9.8 / 5 = 1.96 м/с^2.
Так как у нас есть ускорение, то сила будет равна сумме силы, действующей на пружину вследствие груза и силы, равной массе груза, умноженной на ускорение:
F = m * a + m * g,
где m - масса груза, g - ускорение свободного падения.
Для нахождения удлинения пружины в спокойном состоянии необходимо найти равновесную силу, при которой сила тяжести равна силе, действующей на пружину.
Уравновешивая эти силы, получаем:
F = m * g = k * x.
Отсюда можно найти удлинение пружины в спокойном состоянии:
x = (m * g) / k.
Теперь рассмотрим точные численные значения:
g = 9.8 м/с^2,
a = 1.96 м/с^2.
Заметим, что ускорение груза при подъеме с ускорением направлено вверх, поэтому расчет удлинения пружины в данной задаче сводится к определению его обычной длины.
Выразим коэффициент упругости пружины из формулы:
k = (m * g) / x.
Так как масса груза m нам неизвестна, можно перейти к расчету коэффициента упругости пружины в натуральных единицах. Переведем ускорение груза a в единицы СИ:
a = 1.96 м/с^2,
g = 9.8 м/с^2.
Теперь подставим значения в формулу для коэффициента упругости пружины:
k = (m * g) / x.
Теперь снова заметим, что угол между пружиной и вертикалью будет равен 90°, поэтому сила пружины и сила тяжести направлены вдоль одной оси.
Таким образом, модуль силы пружины будет равен силе тяжести, и получаем:
k * x = m * g.
Теперь подставим выражение для коэффициента упругости:
((m * g) / x) * x = m * g.
Теперь сократим m и g:
g = g.
Таким образом, получаем:
1 = 1.
То есть удлинение пружины будет равно 1 см в спокойном состоянии, если груз был поднят с ускорением a = g / 5 и его удлинение составляет 3 см.