На шарик, подвешенный к концу стальной пружины, действуют несколько сил. Основные из них:
Сила тяжести (вес): Это сила, с которой Земля притягивает шарик вниз. Она направлена вертикально вниз и рассчитывается по формуле:
[
F_{тяж} = m \cdot g
]
где ( m ) — масса шарика, ( g ) — ускорение свободного падения (приблизительно ( 9.81 \, м/с^2 ) на поверхности Земли).
Сила упругости пружины: Эта сила возникает вследствие деформации пружины. Она направлена вверх, противодействуя силе тяжести, и вычисляется по закону Гука:
[
F_{упр} = -k \cdot x
]
где ( k ) — коэффициент жесткости пружины, ( x ) — удлинение пружины относительно ее нерастянутого состояния.
Баланс сил
Когда шарик находится в равновесии, силы действуют так, что они уравновешивают друг друга:
[
F{тяж} = F{упр}
]
Рисунок
Хотя я не могу нарисовать, я могу описать, как изобразить эту ситуацию:
- Нарисуйте вертикальную пружину, прикрепленную к потолку.
- Внизу пружины нарисуйте шарик.
- От шарика вниз начертите стрелку, указывающую вниз, с пометкой "Сила тяжести (F_тяж)".
- От пружины вверх начертите стрелку, указывающую вверх, с пометкой "Сила упругости (F_упр)".
Направление сил
- Сила тяжести: направлена вниз.
- Сила упругости: направлена вверх.
Таким образом, когда шарик находится в состоянии равновесия, две силы взаимно уравновешивают друг друга, и шарик не движется. Если шарик будет вытянут вниз, сила упругости увеличится, и он вернется обратно к состоянию равновесия.