Для определения коэффициента жёсткости пружины \(k\) воспользуемся законом Гука, который описывает зависимость силы, действующей на пружину, от её удлинения:
\[ F = k \cdot x \]
где:
- \(F\) — сила, действующая на пружину (в данном случае сила тяжести),
- \(k\) — коэффициент жёсткости пружины,
- \(x\) — удлинение пружины.
Сила тяжести \(F\) может быть вычислена по формуле:
\[ F = m \cdot g \]
где:
- \(m = 4 \, \text{кг}\) — масса груза,
- \(g = 10 \, \text{м/с}^2\) — ускорение свободного падения.
Подставим значения:
\[ F = 4 \, \text{кг} \cdot 10 \, \text{м/с}^2 = 40 \, \text{Н} \]
Теперь эквивалентно выразим коэффициент жёсткости \(k\):
\[ k = \frac{F}{x} \]
При этом необходимо \(x\) выразить в метрах:
\[ x = 4 \, \text{см} = 0.04 \, \text{м} \]
Подставим значения в формулу для \(k\):
\[ k = \frac{40 \, \text{Н}}{0.04 \, \text{м}} = 1000 \, \text{Н/м} \]
Таким образом, коэффициент жёсткости пружины \(k\) равен \(1000 \, \text{Н/м}\).