Какая деформация пружины происходит в детском пистолете, из которого шарик массой 20 г вылетает со скоростью 6 м/c?

Тема: Деформация пружины в детском пистолете

Пояснение: В детском пистолете происходит деформация пружины при выстреле шарика. Пружина деформируется под действием силы, которую она создает, чтобы запустить шарик.

В горизонтальном положении дуло пистолета, сила, создаваемая пружиной на шарик, направлена горизонтально, параллельно поверхности земли. Вертикальное положение дула означает, что сила пружины направлена вертикально вверх.

Чтобы вычислить деформацию пружины, мы можем использовать закон Гука, который гласит, что сила, действующая на пружину, пропорциональна ее деформации. Формула для закона Гука выглядит следующим образом:

F = k * x

Где F - сила, k - коэффициент жесткости пружины, x - деформация пружины.

В данной задаче известны масса шарика (m = 20 г = 0.02 кг) и скорость его вылета (v = 6 м/c). Мы можем использовать законы сохранения энергии, чтобы вычислить деформацию пружины.

В горизонтальном положении для вычисления деформации пружины мы можем использовать следующую формулу:

0.5 * k * x^2 = 0.5 * m * v^2

Аналогично, в вертикальном положении дула пружины, формула будет иметь вид:

0.5 * k * x^2 = 0.5 * m * v^2 + m * g * h

Где g - ускорение свободного падения, h - высота дула пистолета.

Мы можем использовать данные формулы, чтобы вычислить деформацию пружины в каждом из случаев.

Пример использования:
1) Горизонтальное положение дула:
Масса шарика (m) = 20 г = 0.02 кг
Скорость шарика (v) = 6 м/c
Коэффициент жесткости пружины (k) = 10^2 н/м

Вычислим деформацию пружины (x):
0.5 * (10^2) * x^2 = 0.5 * (0.02) * (6^2)
x^2 = 0.02 * 36 / 10^2
x^2 = 0.0072
x ≈ 0.084 м

Полученная деформация пружины составляет около 0.084 м.

2) Вертикальное положение дула:
Масса шарика (m) = 20 г = 0.02 кг
Скорость шарика (v) = 6 м/c
Коэффициент жесткости пружины (k) = 10^2 н/м
Ускорение свободного падения (g) = 9.8 м/c^2
Высота дула пистолета (h) = например, 1 м

Вычислим деформацию пружины (x):
0.5 * (10^2) * x^2 = 0.5 * (0.02) * (6^2) + (0.02) * (9.8) * (1)
x^2 = 0.02 * 36 / 10^2 + 0.02 * 9.8
x^2 = 0.0072 + 0.0196
x ≈ 0.145 м

Полученная деформация пружины составляет около 0.145 м.

Совет: Для лучего понимания данной темы, рекомендуется изучить закон Гука и законы сохранения энергии. Ознакомиться с формулами и понять, какие физические величины они описывают. Используйте единицы измерения в соответствии с системой СИ.

Задание для закрепления: Если масса шарика увеличивается до 30 г, как это повлияет на деформацию пружины в каждом из случаев (горизонтальном и вертикальном положении дула)?