ID: 00013128
На вертикально расположенной доске закреплена электрическая схема (см. рис.), состоящая из источника тока, лампы, упругой стальной пластины АВ. К одному концу пластины подвесили гирю, из-за чего пластина изогнулась и разомкнула цепь. Что будет наблюдаться в электрической цепи, когда доска начнет свободно падать? Ответ поясните.
Источник: ФИПИ
В данной задаче ключевым фактором является изменение состояния системы при переходе от покоя к свободному падению. Ниже приведено пошаговое объяснение происходящего.
Исходное состояние: В состоянии покоя на стальную пластину действует сила тяжести подвешенной гири. Эта сила (вес гири $P = mg$) изгибает упругую пластину вниз. Как видно на рисунке, из-за этого изгиба контакт в правой части цепи разрывается, и лампа не горит.
Состояние свободного падения: Когда доска начинает свободно падать, вся установка движется вниз с ускорением свободного падения $g$.
Явление невесомости: В состоянии свободного падения наступает невесомость. Это означает, что тела перестают давить на опоры или растягивать подвесы. Поскольку и доска, и гиря падают с одинаковым ускорением, гиря перестает тянуть пластину вниз (её вес становится равным $0$).
Восстановление формы: Так как внешняя деформирующая сила (вес гири) исчезла, упругая стальная пластина под действием внутренних сил упругости возвращается в свое первоначальное, недеформированное состояние.
Замыкание цепи: Пластина выпрямляется и занимает горизонтальное положение (отмечено пунктиром на схеме). В результате контакты замыкаются, восстанавливая целостность электрической цепи.
Когда доска начнет свободно падать, в электрической цепи будет наблюдаться включение лампы (она загорится).