1. Как часто за 1,4 минуты кинетическая энергия математического маятника достигает максимального значения, если

  • 65
1. Как часто за 1,4 минуты кинетическая энергия математического маятника достигает максимального значения, если его длина 2,7 метра? При расчетах используйте π=3,14 и g=9,8 м/с².

2. Для груза массой 150 г, подвешенного на пружине жесткостью 20 Н/м, определите амплитуду и период колебаний, а также максимальную скорость груза, если полная энергия колебаний составляет 66 Дж. При расчетах используйте g=9,8 м/с² и π=3,14. Ответы округлите до сотых.
Yakor
45
Задача 1:
Для решения этой задачи нам нужно определить период колебаний маятника. Период обозначается символом T и выражается в секундах.

По формуле для периода колебаний математического маятника:

\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} \]

где L - длина маятника, g - ускорение свободного падения.

Подставим известные значения:
\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{2,7}{9,8}} \approx 2\pi\sqrt{0,2755} \approx 2,767 \, \text{сек} \]

Теперь нам нужно определить, как часто кинетическая энергия достигает максимального значения.
Максимальная кинетическая энергия достигается в моменты, когда маятник проходит через положение равновесия. Такие моменты происходят дважды за каждый период колебаний маятника.

Поделим период на 2, чтобы получить время, через которое кинетическая энергия достигает максимального значения:
\[ t = \frac{T}{2} = \frac{2,767}{2} = 1,3835 \, \text{сек} \]

Таким образом, кинетическая энергия математического маятника достигает максимального значения примерно раз в 1,38 секунды в течение 1,4 минуты.

Задача 2:
Сначала определим период колебаний пружинного маятника. Период обозначается символом T и выражается в секундах.

По формуле для периода колебаний пружинного маятника:

\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}} \]

где m - масса груза, k - жесткость пружины.

Подставим известные значения:
\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{0,15}{20}} \approx 2\pi\sqrt{0,0075} \approx 0,924 \, \text{сек} \]

Теперь мы можем найти амплитуду колебаний. Амплитуда обозначается символом A и измеряется в метрах.

Чтобы найти амплитуду, воспользуемся формулой:

\[ E_{\text{пот}} = \frac{1}{2} k A^2 \]

где E_{\text{пот}} - полная энергия системы, k - жесткость пружины, A - амплитуда колебаний.

Подставим известные значения:
\[ 66 = \frac{1}{2} \cdot 20 \cdot A^2 \]
\[ A^2 = \frac{66}{10} \]
\[ A \approx \sqrt{6,6} \approx 2,57 \, \text{м} \]

Теперь мы можем найти максимальную скорость груза. Максимальная скорость обозначается символом v_{\text{макс}} и измеряется в метрах в секунду.

Чтобы найти максимальную скорость, воспользуемся формулой:

\[ v_{\text{макс}} = A \cdot \omega \]

где \omega - угловая скорость, которую можно найти по формуле:

\[ \omega = \frac{2\pi}{T} \]

Подставим известные значения:
\[ \omega = \frac{2\pi}{0,924} \approx 6,829 \, \text{рад/с} \]
\[ v_{\text{макс}} = 2,57 \cdot 6,829 \approx 17,55 \, \text{м/с} \]

Таким образом, амплитуда колебаний равна примерно 2,57 метра, период колебаний равен примерно 0,924 секунды, а максимальная скорость груза составляет примерно 17,55 м/с. Все ответы округляем до сотых.