Для решения этой задачи сначала определим максимальное растяжение пружины в процессе движения, используя принцип сохранения механической энергии.
Потенциальная энергия груза в момент отпускания: Когда груз отпускается с высоты \( h \), его потенциальная энергия (ПЭ) равна: \[ PE = mgh \] где \( m = 0.2 \) кг (переведем 200 г в кг), \( g = 10 \) м/с².
Потенциальная энергия пружины: Когда пружина максимально растянулась на расстояние \( x \), ее потенциальная энергия (ПЭ) равна: \[ PE_{пружины} = \frac{1}{2} k x^2 \] где \( k = 100 \) Н/м (переведем из h/m в Н/м).
При переходе от момента отпускания к моменту максимального растяжения пружины все потенциальная энергия груза преобразуется в потенциальную энергию пружины:
\[ mgh = \frac{1}{2} k x^2 \]
Подставим известные значения:
\[ 0.2 \cdot 10 \cdot h = \frac{1}{2} \cdot 100 \cdot x^2 \]
Так как в задаче не указано значение высоты \( h \), можно предположить, что он равен максимальному растяжению пружины \( x \). Тогда у нас получится:
\[ 0.2 \cdot 10 \cdot x = \frac{1}{2} \cdot 100 \cdot x^2 \]
- Упростим уравнение: \[ 2x = 100x^2 \]
Переносим все в одну сторону:
\[ 50x^2 - x = 0 \] \[ x(50x - 1) = 0 \]
Получаем два решения:
- \( x = 0 \) (неинтересный физический смысл, стержень не растягивается)
- \( 50x - 1 = 0 \) \[ x = \frac{1}{50} = 0.02 \text{ м} = 2 \text{ см} \]
Максимальное растяжение пружины в процессе движения составляет \( 2 \) см.
Ответ: 2 см.