Задача по механике №107

Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён пружиной со стенкой. После того как груз немного смещают от положения равновесия и отпускают из состояния покоя, он начинает колебаться вдоль оси пружины, вдоль 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--|0,25|0,5-|0,75-|-1-|1,25-|1,5| |-----|----|----|----|-----|---|-----|---| -x,-см---3,0--2,1---0---−2,1--−3--−2,1---0--

1) В момент времени 1,00 с модуль ускорения груза максимален.

2) В момент времени 0,50 с кинетическая энергия груз равна нулю.

3) Модуль силы, с которой пружина действует на груз, в момент времени 1,00 с больше, чем в момент времени 0,25 с.

4) Период колебаний груза равен 2 с.

5) Частота колебаний груза равна 0,25 Гц.

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 = vx′= −Aω2 cos(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. В данном случае утверждение верно.

2) Неверно

Запишем закон сохранения энергии:

kx2   mv2 -2- + -2--= E,

где k  – жёсткость пружины, x  – растяжение, m  – масса груза, v  – скорость.

Как видим, чем меньше растяжение, тем больше скорость. В 0,5 с растяжение минимально, значит, скорость максимальна.

3) Верно

Модуль силы упругости:

F = |kx|,

Так как в 1 с деформация пружины больше, то и модуль силы больше.

4) Верно

Время одного колебания будет равно 2 с.

5) Неверно

Частота обратна периоду:

    1   1 ν = T-= 2 с-=0,5 Гц
Оцените статью
Я решу все!