Задача по механике №103

Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён пружиной со стенкой. Груз немного смещают от положения равновесия вдоль оси пружины и отпускают из состояния покоя, после чего он начинает колебаться, двигаясь вдоль оси пружины, параллельно которой направлена ось Ox. В таблице приведены значения координаты груза x в различные моменты времени t. Выберите все верные утверждения о результатах этого опыта на основании данных, содержащихся в таблице. Абсолютная погрешность измерения координаты равна 0,1 см, времени – 0,05 с.

|-----|----|---|----|-----|----|-----|----| |-t,-с-|-0--|0,2-|0,4-|0,6--|0,8-|-1,0-|1,2-| -x, см-4,0--2,8--0,0--−2,8--−4,0-−-2,8-0,0--

1) В момент времени 0,8 с ускорение максимально.

2) Модуль силы, с которой пружина действует на груз, в момент времени 0,8 с меньше, чем в момент времени 1,2 с.

3) Частота колебаний груза 1 Гц.

4) Период колебаний груза равен 1,6 с.

5) В момент времени 1,2 с потенциальная энергия пружины минимальна.

1) В ерно
Уравнение гармонических колебаний:

x = Acos(ωt),

где A  – амплитуда колебаний. Амплитуда колебаний – это наибольшее значение смещения.Скорость – это производная координаты:

vx = x′ = −A ωsin(ωt)

Ускорение – это производная скорости по времени:

ax = v′x = −A ω2cos(ωt) =− axmaxcos(ωt)

То есть ускорение максимально когда максимально отклонение.
Также этот пункт можно решить через второй закон Ньютона. Ускорение создаёт сила упругости

F = kx,

где k  – жёсткость пружины.
По второму закону Ньютона:

F = ma ⇔ kx = ma ⇒ a= kx-.                       m

То есть ускорение максимально когда максимально отклонение.
2) Н еверно
Сила упругости равна:

F = kx,

где k  – жёсткость пружины.
Значит, чем больше отклонение, тем больше сила. В момент 0,8 с отклонение максимально, значит, сила максимальна.
3) Н еверно
Половину колебания тело совершило за 0,8 c, значит, полное колебание тело совершит за 1,6 с. Частота равна:

ν = 1-= -1-- =0,625 Гц     T   1,6 c

4) Верно
См. пункт 3.
5) В ерно
Потенциальная энергия пружины:

    kx2 E = -2-.

То есть энергия минимальная при x = 0  .

Оцените статью
Я решу все!