Какова амплитуда колебаний шарика массой 400 г, который подвешен на невесомой нерастяжимой нити длиной 1,6

  • 1
Какова амплитуда колебаний шарика массой 400 г, который подвешен на невесомой нерастяжимой нити длиной 1,6 м и совершает гармонические колебания, если его максимальный импульс составляет 0,025 кг*м/с? Значение ускорения свободного падения равно 10 м/с².
Izumrudnyy_Drakon
4
Для решения этой задачи мы можем использовать законы сохранения энергии и импульса. Давайте приступим к решению.

Шарик, совершая гармонические колебания, имеет максимальный импульс \( P = 0.025 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} \). Мы можем выразить импульс через массу и скорость шарика:

\[ P = m \cdot v \]

Где \( m \) - масса шарика, а \( v \) - скорость шарика.

Также, имея длину нити \( L = 1.6 \, \text{м} \), мы можем использовать формулу для периода колебаний шарика:

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

Где \( T \) - период колебаний шарика, а \( g \) - ускорение свободного падения.

Период колебаний связан с частотой колебаний следующим образом:

\[ f = \frac{1}{T} \]

Теперь мы можем решить задачу шаг за шагом:

Шаг 1: Найдем массу шарика:

Из задачи известно, что масса шарика \( m = 400 \, \text{г} = 0.4 \, \text{кг} \).

Шаг 2: Найдем скорость шарика:

Мы можем использовать формулу для импульса:

\[ P = m \cdot v \]

Подставляем известные значения:

\[ 0.025 \, \text{кг} \cdot \text{м/с} = 0.4 \, \text{кг} \cdot v \]

Находим \( v \):

\[ v = \frac{0.025 \, \text{кг} \cdot \text{м/с}}{0.4 \, \text{кг}} = 0.0625 \, \text{м/с} \]

Шаг 3: Найдем период колебаний:

Используя формулу для периода колебаний:

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

Подставляем известные значения:

\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{1.6 \, \text{м}}{10 \, \text{м/с}^2}} \]

Находим \( T \):

\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{0.16 \, \text{м}}{\text{м/с}^2}} = 2\pi\sqrt{0.016} \]

Шаг 4: Найдем амплитуду колебаний:

Амплитуда колебаний связана со скоростью и периодом следующим образом:

\[ A = \frac{v}{2\pi f} \]

Мы знаем значение скорости \( v \) из шага 2 и можем найти значение частоты \( f \) из формулы \( f = \frac{1}{T} \).

Подставляем значения:

\[ A = \frac{0.0625 \, \text{м/с}}{2\pi \cdot \frac{1}{2\pi\sqrt{0.016}}} = 0.0625 \, \text{м/с} \cdot \sqrt{0.016} \]

Находим \( A \):

\[ A = 0.0625 \, \text{м/с} \cdot 0.126 \approx 0.0079 \, \text{м} \]

Таким образом, амплитуда колебаний шарика массой 400 г, который подвешен на невесомой нерастяжимой нити длиной 1,6 м и совершает гармонические колебания, составляет около 0.0079 метра.