Решение будем вести по типовой схеме: три массы M1, M2, M3 подвешены последовательно под верхним потолком через три динамометра D1, D2, D3 так, что
- D1 держит всю систему (M1+M2+M3)g,
- D2 держит две нижние массы (M2+M3)g,
- D3 держит нижнюю массу (M3)g.
При этом дано, что верхний динамометр изначально показывает D1 = 40 Н.
Обозначим ускорение свободного падения g = 9.8 м/с².
- Запишем исходные данные и уравнения
- Исходная запись: D1 = (M1 + M2 + M3) g = 40 -> M1 + M2 + M3 = S = 40 / 9.8 ≈ 4.08163 кг.
- При обмене M1 и M2: новая запись D2 = (M1 + M3) g. Из условия: D2_after_first − D2_initial = +10 Н.
D2_initial = (M2 + M3) g. Значит:
(M1 + M3) g − (M2 + M3) g = (M1 − M2) g = 10 → M1 − M2 = 10 / 9.8 ≈ 1.02041 кг.
- При обмене M1 и M3: новая запись D2 = (M1 + M2) g. По условию: D2_after_second − D2_initial = −8 Н.
(M1 + M2) g − (M2 + M3) g = (M1 − M3) g = −8 → M1 − M3 = −8 / 9.8 ≈ −0.81633 кг.
- Решим для масс
Из двух последующих равенств:
- M1 − M2 = a, где a = 10/9.8 ≈ 1.02041
- M1 − M3 = −b, где b = 8/9.8 ≈ 0.81633 (то есть M3 = M1 + b)
Пусть M2 = x. Тогда M1 = x + a, а M3 = M1 + b = x + a + b.
Сумма масс: S = M1 + M2 + M3 = (x + a) + x + (x + a + b) = 3x + 2a + b.
Подстановка S ≈ 4.08163, а a ≈ 1.02041, b ≈ 0.81633:
3x = S − (2a + b) ≈ 4.08163 − (2·1.02041 + 0.81633) ≈ 4.08163 − 2.85715 ≈ 1.22449
x ≈ 0.40816 кг.
Тогда:
- M2 ≈ 0.40816 кг
- M1 = M2 + a ≈ 0.40816 + 1.02041 ≈ 1.42857 кг
- M3 = M1 + b ≈ 1.42857 + 0.81633 ≈ 2.24490 кг
Проверка: суммарная масса ≈ 1.42857 + 0.40816 + 2.24490 ≈ 4.08163 кг, что даёт D1 ≈ 4.08163·9.8 ≈ 40 Н. Все отличия в пределах rounding.
- Найдём требуемые показания после переводов (перевешиваний)
- Верхний D1 всегда показывает суммарную поглощаемую силу: D1 = S·g = 40 Н (первый и второй перевешивания одинаковы).
- После первого перевешивания (M1 и M2 поменялись местами): D2 = (M1 + M3)g.
Подстановка: (1.42857 + 2.24490) · 9.8 ≈ 3.67347 · 9.8 ≈ 36.0 Н.
D3 остается равным M3 g ≈ 2.24490 · 9.8 ≈ 22.0 Н.
- После второго перевешивания (M1 и M3 поменялись местами): D2 = (M1 + M2)g.
Подстановка: (1.42857 + 0.40816) · 9.8 ≈ 1.83673 · 9.8 ≈ 18.0 Н.
D3 теперь равен M1 g ≈ 1.42857 · 9.8 ≈ 14.0 Н.
- Ответы (с округлением до целых)
- Д1 после первого перевешивания: 40 Н
- Д1 после второго перевешивания: 40 Н
- Д2 после первого перевешивания: 36 Н
- Д2 после второго перевешивания: 18 Н
- Д3 после первого перевешивания: 22 Н
- Д3 после второго перевешивания: 14 Н
Кратко: схема и условия позволили выписать систему линейных зависимостей между массами; решение даёт читаемые целочисленные значения напряжений на динамометрах после каждого перевешивания.