PDF-версии: 
Пружину, соединенную с двух сторон пластинами массой m, поставили на горизонтальную площадку (см. рис.). Затем на верхнюю пластину положили груз массой M = 500 г так, что ось пружины осталась вертикальной. После этого резким ударом в горизонтальном направлении груз сбросили с пластины. Пренебрегая трением груза о пластину, определите, какой может быть масса пластины m, чтобы нижняя пластина оторвалась от площадки?
Какие законы Вы используете для описания движения пружины и тел? Обоснуйте их применение к данному случаю.
Решение. Обоснование
Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной. Поскольку на груз и горизонтальную площадку в процессе взаимодействия не оказывают влияния непотенциальные силы (силы упругости и тяжести в данном случае являются потенциальными), то данную систему можно считать замкнутой. В инерциальной системе отсчета применим закон сохранения энергии. При упругой деформации пружины применим закон Гука.
Перейдем к решению.
1. Примем длину недеформированной пружины за L. В случае, когда на верхней пластине лежит груз массой М, пружина сжата на x1. Из условия равновесия следует, что сила упругости в пружине равна силе тяжести суммарной массы грузов.
kx1 = (M + m)g, откуда 
2. При резком сталкивании верхнего груза в горизонтальном направлении пружина начнет распрямляться и растянется в верхнем положении на x2. Нижняя пластина оторвется от поверхности стола, когда сила реакции станет равной 0. Тогда на нее будут действовать сила упругости и сила тяжести:
kx2 = mg, откуда 
3. Закон сохранения энергии для этих двух состояний системы будет иметь вид:
Подставляя в это уравнения выражения x1 и x2, записанные выше и преобразовывая полученное выражение, получаем 
Данное значение массы — граничное. Следовательно, для подъема нижней пластины ее масса должна быть меньше 250 г.
Ответ: меньше 250 г.
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Критерий 1 | |
Верно обоснована возможность использования законов (закономерностей). | 1 |
В обосновании возможности использования законов (закономерностей) допущена ошибка. ИЛИ Обоснование отсутствует. | 0 |
| Критерий 2 | |
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон сохранения импульса, закон сохранения энергии); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, и обозначений величин, используемых в условии задачи); III) проведены необходимые математические преобразования, приводящие к правильному ответу; IV) представлен правильный ответ. | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются следующие недостатки. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. ИЛИ В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). ИЛИ В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца. ИЛИ Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка. | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок | 0 |
| Максимальный балл | 4 |