1. Упругая пружина под действием подвешенного к ней груза, растянулась на 1 см. Если груз еще немного оттянуть вниз и отпустить, то она станет совершать вертикальные колебания. Определить период этих колебаний.
2. Чему равно отношение потенциальной энергии точки, совершающей гармонические колебания, к ее кинетической энергии для момента времени t = Т/6. Начальная фаза колебаний равна нулю.
Answers & Comments
1. Дано:
ΔL = 0,01 м
g = 10 Н/кг
Т - ?
Решение:
Т = 2π*√(m/k)
В состоянии покоя силы, действующие на груз:
Fупр = Fтяж
kΔL = mg
ΔL = mg/k = (m/k)*g
m/k = ΔL/g => √(m/k) = √(ΔL/g)
T = 2π*√(ΔL/g) = 2*3,14*√(0,01/10) = 0,1985... = 0,2 c
Ответ: 0,2 с.
2. Дано:
t = T/6
φ = 0
Eп(t)/Eк(t) - ?
Решение:
Ек = mυ(t)²/2
Eп(t) = Е - Ек(t), Е = Eк(max) = mυ(max)²/2 =>
=> Eп(t) = mυ(max)²/2 - mυ(t)²/2 = (m/2)*(υ(max)² - υ(t)²)
υ(t) = x' = [A*(sin(ωt) + φ)]' = Aω*cos(ωt), где Аω = υ(max)
υ(t)² = A²ω²*cos²(ωt)
υ(max)² = А²ω²
T = 2π/ω => ω = 2π/Τ
(υ(max)² - υ(t)²) = А²*(2π/Τ)² - A²*(2π/Τ)²*cos²[(2π/Τ)*(Τ/6)] = A²*4π²/Τ² - (Α²*4π²/Τ²)*cos²(π/3) = (4Α²π²/Τ²)*(1 - cos²(π/3)) = (4Α²π²/Τ²)*sin²(π/3)
υ(t)² = A²ω²*cos²(ωt) = (4Α²π²/Τ²)*cos²(π/3)
Eп(t)/Eк(t) = (m/2)*(υ(max)² - υ(t)²) / (m/2)*υ(t)² = υ(max)² - υ(t)² / υ(t)² = [ (4Α²π²/Τ²)*sin²(π/3) ] / (4Α²π²/Τ²)*cos²(π/3) = sin²(π/3) / cos²(π/3) = tg²(π/3) = 3
Ответ: 3.