На рисунке представлена система, состоящая из блоков, нерастяжимых нитей, двух грузов массами m1 = 40 г и m2 = 20 г, а также жёсткой однородной линейки длиной 20 см. Блоки и нити невесомые, трение отсутствует. Участки нитей, не лежащие на блоках, вертикальны.

Найдите массу линейки, если система покоится, линейка расположена горизонтально, а расстояние от левого конца линейки до упора составляет 5 см. ответ выразите в граммах, округлите до целого числа.

Определить максимальную энергию (в эВ), которой могут обладать свободные электроны в металле при абсолютном нуле. Принять, что на каждый атом металла приходится по одному электрону. Массовое число металла равно 57, а плотность металла равна 8843 кг/куб.м.

ДАНО:

A=57;

ρ=8843кгм3.

Найти:Emax−?

Массовое число металла показывает во сколько раз масса его атома больше атомной единицы массы, приблизительно равной массе протона:

m0=A⋅mρ;

Масса некоторой части металла, в которой находятся N электронов (а значит и атомов - по условию) равна:

m=N⋅m0;

а их концентрация:

n=NV=Nm⋅ρ=N⋅ρN⋅A⋅mρ=ρA⋅mρ;

Максимальной энергией электроны обладают на уровне Ферми, определяемом формулой:

EF=h22⋅me⋅(3⋅n8⋅π)23;

Тогда:

EF=h22⋅me⋅(3⋅ρ8⋅π⋅A⋅mρ)23;

подставив числовые значения, получим ответ:

Emax=7.475эВ.

Чем смог

Очевидно, что чем больше ускорение, с которым поднимают груз, тем больше сила, которая будет пытаться разрывать нить. В задаче описана идеальная нить, т.е. несжимаемая и нерастяжимая. Это значит только лишь то, что все силы, действующие на нить будут скомпенсированы в любой момент времени.
Запишем второй закон Ньютона на груз в проекциях на направление нити:

Также, не стоит забывать кинематическую связь высоты, ускорения и времени:


Подставим ускорение в основное уравнение динамики:

Разрыв нити происходит, когда сила натяжения нити становится чуть больше 20 Н, следовательно, при 20 Н нить находится на грани разрыва. Именно в этом случае достигается максимальная высота.  Выражаем ее из последнего уравнения.

ответ: 20 Н.