Яким буде період коливань пружинного маятника, якщо тягарець, підвішений до нерозтяженої пружини, збільшує її довжину

  • 62
Яким буде період коливань пружинного маятника, якщо тягарець, підвішений до нерозтяженої пружини, збільшує її довжину на 2,5 см у стані спокою?
Solnce
48
Да, конечно! Для решения этой задачи мы можем использовать формулу периода колебаний пружинного маятника, которая выглядит следующим образом:

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

Где:
\(T\) - период колебаний,
\(\pi\) - математическая константа "пи" (примерно равна 3.14),
\(m\) - масса тяжелого груза (тягарца),
\(k\) - коэффициент упругости пружины.

По условию, мы знаем, что тягарец занимает свое спокойное положение при удлинении пружины на 2,5 см. То есть, мы получаем новую длину пружины:

\[L_{\text{нов}} = L_{\text{стар}} + 2.5\]

Так как пружина неразтяжна, то приложенная сила достаточно мала, чтобы восстановить ее первоначальную длину. Используя закон Гука, данный нам в предыдущих задачах, мы можем написать следующее равенство:

\[k \cdot \Delta L = m \cdot g\]

Где:
\(\Delta L\) - изменение длины пружины,
\(m\) - масса тяжелого груза (тягарца),
\(g\) - ускорение свободного падения (примерно равно 9.8 м/с²).

Подставим значение изменения длины \(\Delta L = 2.5\) и удельное ускорение свободного падения \(g = 9.8\) в уравнение и найдем значение коэффициента упругости пружины:

\[k = \frac{{m \cdot g}}{{\Delta L}}\]

Теперь мы можем подставить значение коэффициента упругости пружины в формулу для периода колебаний и рассчитать период:

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

После сокращения \(m\) в числителе и знаменателе, а также упрощения подкоренного выражения, получим:

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

Теперь у нас есть окончательная формула для периода колебаний пружинного маятника. Можем подставить значение ускорения свободного падения \(g = 9.8\) и изменение длины \(\Delta L = 2.5\) в эту формулу, чтобы найти период колебаний пружинного маятника.