Почему такое решение задачи
Три одинаковых шара одинаковой массы связаны между собой невесомыми пружинами и подвешаны вертикально на нити. Чему равно ускорение верхнего шара сразу после пережигания нити? Чему равно ускорение нижнего шаро после пережигания нити?
Ответ задчи: ускорение верхнего 3g, а нижнего равно нулю. Объясните решение задачи. Пожалуйста.
В начальный момент сила действующая на шар верхний равна силе натяжения нити, которая разрывается.
Сила, действующая на нижний шар равна силе натяжения нижней пружины в точке соединения с нижним шаром.
Если в этой точке произойдет разрыв, то шар будет двигаться с ускорением 1g.
Однако, разрыв не в этой точке, положение пружин через малую долю секунды после пережигании нити не изменилось, Шары почти на месте, пружины почти также натянуты. Ускорение среднего и нижнего шаров равны нулю.
Заметьте, что если бы между нитью и верхним шаром была пружина, то когда нить оборвана, а пружина ещё не сжалась, то ускорение верхнего шара также было бы равно 0, если считать пружину массивной.
Если пружины без массы, она должна бы моментально сжаться и прекратить действие, как будто её и не было, и верхний шар может ускоряться 3g.
То есть с тремя пружинами задача противоречива для верхнего шара. Правильней в условии указать, что пружины имеют незначительную массу. И тогда ускорение верхнего шара от нуля возрастало линейно до 3g в процессе быстрого сокращения 3-й пружины, затем верхний шар сближался со средним, пока не сократится его нижняя пружина, то есть ускорение снижается до нуля в полёте. Здесь учтена конструкция пружины, когда она в свободном состоянии сжата полностью
Но если пружины в свободном состоянии растянуты, то процесс будет более сложным, колебательным.
Итак, каждая мелочь в идеализации пружин, тел, рычагов важна. В динамике подобные процессы называются переходными (переход из одного состояния в другое) , и графики этих процессов сильно зависят от способа идеализации.
потому, что на шары действует не только силы тяжести, а и силы упругости пружин. Если бы шары были подвешены каждый на свою пружину, то при пережигании нитей имели бы ускорения, равные g. В этом случае шары объединены в систему и взаимодействуют друг с другом посредством пружин. находясь в свободном падении, шары попадают в состояние невесомости, то есть перестают растягивать пружины своим весом. Верхний шар, помимо действия силы тяжести, испытывает действие сил упругости двух пружин. Поскольку сила упругости растянутого подвеса противоположна по знаку и равна по модулю силе тяжести груза, то на верхний шар будет действовать утроенная сила тяжести. Дальше сами)