Задание
Замкнутый электрический контур — источник тока, лампа, амперметр и вольтметр, показывающие значения 5 А и 1 В соответственно, упругий металлический стержень BC — закреплён на вертикальном демонстрационном стенде (рис. 1). В точке C к стержню подвешивают груз массой m, и цепь размыкается. Далее стенд начинает свободно двигаться вертикально вниз. Как изменятся показания амперметра и вольтметра при падении стенда? Ответ поясни.
(Выбери все верные утверждения,поясняющие ответ на вопрос.)
Рис. 1. Физическая ситуация задачи
Ответ
1)
При падении стенда с ускорением g показания амперметра и вольтметра увеличатся
При падении стенда с ускорением g показания амперметра и вольтметра не изменятся
При свободном падении стенда с ускорением g показания амперметра и вольтметра уменьшатся до 1 А и 1 В соответственно
При падении стенда с ускорением g показания амперметра и вольтметра уменьшатся до 0 А и 0 В соответственно
2)
Второй закон Ньютона для груза, когда стенд покоится:
Fупр+mg=0
Второй закон Ньютона для упругого металлического стержня, когда стенд покоится:
Fупр+mg=0
Третий закон Ньютона для груза и упругого металлического стержня:
Fупр=−P,
Fупр=P,
где P — вес груза, действующий на груз,
Fупр — сила упругости, действующая на стержень
Второй закон Ньютона для стержня, падающего с ускорением g:
Fупр+mg=mg
Второй закон Ньютона для свободно падающего груза массой m:
Fупр+mg=mg
Третий закон Ньютона для груза и упругого металлического стержня:
Fупр=−P,
Fупр=P,
где P — вес груза, действующий на стержень,
Fупр — сила упругости, действующая на груз
Сравнение формул (второго закона Ньютона для стержня в состоянии, когда стенд покоится и падает с ускорением g) показывает, что стержень остаётся в деформированном состоянии (Fупр=P=mg=0). Следовательно, цепь разомкнута, электрический ток в контуре отсутствует, показания амперметра и вольтметра уменьшатся до 1 А и 1 В соответственно
Сравнение формул (второго закона Ньютона для груза в состоянии, когда стенд покоится и падает с ускорением g) показывает, что стержень вернётся в первоначальное — недеформированное — состояние (Fупр=P=0). Следовательно, цепь будет замкнутой, амперметр и вольтметр будут показывать исходные значения 5 А и 1 В соответственно