Номер 5, страница 167 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Авторы: Касьянов В. А.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый самолет и молнии изображены
ISBN: 978-5-09-103621-3
Популярные ГДЗ в 10 классе
Задачи. Параграф 36. Динамика свободных колебаний. 5. Динамика периодического движения. Механика - номер 5, страница 167.
№5 (с. 167)
Условие. №5 (с. 167)
скриншот условия

5. Горизонтальный пружинный маятник с периодом собственных колебаний $\text{T}$ отклоняют от положения равновесия на расстояние $\text{a}$ и отпускают без начальной скорости. Чему равна скорость маятника на расстоянии $a/2$ от положения равновесия?
Решение. №5 (с. 167)
Дано:
Период собственных колебаний: $T$
Амплитуда колебаний: $A = a$
Начальная скорость в точке максимального отклонения: $v_A = 0$
Координата: $x = a/2$
Найти:
Скорость маятника $v$ в точке с координатой $x = a/2$
Решение:
Для решения задачи воспользуемся законом сохранения полной механической энергии для пружинного маятника. Поскольку маятник горизонтальный и трения нет, полная механическая энергия системы (сумма кинетической и потенциальной энергий) сохраняется.
Полная механическая энергия $E$ в любой точке траектории равна:
$E = E_к + E_п = \frac{mv^2}{2} + \frac{kx^2}{2}$
где $m$ — масса тела, $v$ — его скорость, $k$ — жесткость пружины, $x$ — смещение от положения равновесия.
В начальный момент времени маятник отклонен на максимальное расстояние $a$ (амплитуда) и его скорость равна нулю. В этой точке вся энергия является потенциальной:
$E = \frac{m \cdot 0^2}{2} + \frac{ka^2}{2} = \frac{ka^2}{2}$
В момент, когда маятник находится на расстоянии $x = a/2$ от положения равновесия, его полная энергия складывается из кинетической и потенциальной:
$E = \frac{mv^2}{2} + \frac{k(a/2)^2}{2} = \frac{mv^2}{2} + \frac{ka^2}{8}$
Согласно закону сохранения энергии, полная энергия в обоих случаях одинакова. Приравняем выражения для энергии:
$\frac{ka^2}{2} = \frac{mv^2}{2} + \frac{ka^2}{8}$
Выразим из этого уравнения скорость $v$:
$\frac{mv^2}{2} = \frac{ka^2}{2} - \frac{ka^2}{8} = \frac{4ka^2 - ka^2}{8} = \frac{3ka^2}{8}$
$mv^2 = \frac{3ka^2}{4}$
$v^2 = \frac{3ka^2}{4m}$
$v = \sqrt{\frac{3ka^2}{4m}} = \frac{a\sqrt{3}}{2}\sqrt{\frac{k}{m}}$
Период колебаний пружинного маятника $T$ связан с массой $m$ и жесткостью пружины $k$ формулой:
$T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$
Из этой формулы выразим отношение $\sqrt{\frac{k}{m}}$:
$\sqrt{\frac{k}{m}} = \frac{2\pi}{T}$
Подставим это выражение в формулу для скорости $v$:
$v = \frac{a\sqrt{3}}{2} \cdot \frac{2\pi}{T} = \frac{\pi a\sqrt{3}}{T}$
Ответ: Скорость маятника на расстоянии $a/2$ от положения равновесия равна $v = \frac{\pi a\sqrt{3}}{T}$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 5 расположенного на странице 167 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №5 (с. 167), автора: Касьянов (Валерий Алексеевич), ФГОС (старый) углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.