Номер 373, страница 59 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Авторы: Марон А. Е., Марон Е. А., Позойский С. В.
Тип: Сборник вопросов и задач
Издательство: Просвещение
Год издания: 2022 - 2025
Цвет обложки: белый на синем фоне изображена телебашня
ISBN: 978-5-09-087199-0
Популярные ГДЗ в 9 классе
Прямолинейное и криволинейное движение. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью. Законы движения и взаимодействия тел - номер 373, страница 59.
№373 (с. 59)
Условие. №373 (с. 59)
скриншот условия

373. Два тела висят на нитях разной длины и описывают горизонтальные окружности. Противоположные концы нитей неподвижны. Докажите, что время обращения обоих тел всегда одинаковое, если конусы, описываемые нитями, имеют одинаковую высоту (задача Гюйгенса).
Решение. №373 (с. 59)
Дано:
Два тела, вращающиеся на нитях (конические маятники).
Высоты конусов, описываемых нитями, одинаковы: $h_1 = h_2 = h$.
Ускорение свободного падения: $g$.
Доказать:
Периоды обращения тел одинаковы: $T_1 = T_2$.
Решение:
Рассмотрим одно из тел, которое движется по горизонтальной окружности. Такое устройство называется коническим маятником. На тело действуют две силы: сила тяжести $\vec{F_g} = m\vec{g}$, направленная вертикально вниз, и сила натяжения нити $\vec{T}$, направленная вдоль нити к точке подвеса.
Равнодействующая этих сил сообщает телу центростремительное ускорение $\vec{a_c}$, направленное к центру окружности, по которой движется тело.
Запишем второй закон Ньютона в векторной форме: $m\vec{a_c} = \vec{T} + m\vec{g}$.
Введем систему координат. Направим ось $OY$ вертикально вверх, а ось $OX$ — горизонтально к центру окружности. Пусть нить длиной $l$ образует с вертикалью угол $\alpha$.
Спроецируем уравнение на оси координат:
На ось OY: $T \cos \alpha - mg = 0$, так как вертикального ускорения нет.
Отсюда $T \cos \alpha = mg$ (1)
На ось OX: $T \sin \alpha = ma_c$ (2)
Центростремительное ускорение $a_c$ связано с угловой скоростью $\omega$ и радиусом окружности $r$ соотношением $a_c = \omega^2 r$. Подставим это в уравнение (2):
$T \sin \alpha = m\omega^2 r$ (3)
Разделим уравнение (3) на уравнение (1):
$\frac{T \sin \alpha}{T \cos \alpha} = \frac{m\omega^2 r}{mg}$
$\tan \alpha = \frac{\omega^2 r}{g}$
Из геометрии конического маятника видно, что высота конуса $h$, радиус окружности $r$ и угол $\alpha$ связаны соотношением:
$\tan \alpha = \frac{r}{h}$
Приравняем два выражения для тангенса угла:
$\frac{r}{h} = \frac{\omega^2 r}{g}$
Сократим радиус $r$ (поскольку тело описывает окружность, $r \neq 0$):
$\frac{1}{h} = \frac{\omega^2}{g}$
Выразим отсюда квадрат угловой скорости:
$\omega^2 = \frac{g}{h}$
Период обращения $T$ связан с угловой скоростью формулой $T = \frac{2\pi}{\omega}$. Тогда:
$T = \frac{2\pi}{\sqrt{g/h}} = 2\pi\sqrt{\frac{h}{g}}$
Полученная формула показывает, что период обращения конического маятника зависит только от высоты конуса $h$ и ускорения свободного падения $g$. Он не зависит ни от массы тела, ни от длины нити.
По условию задачи, высоты конусов для двух тел одинаковы: $h_1 = h_2 = h$.
Следовательно, их периоды обращения будут равны:
$T_1 = 2\pi\sqrt{\frac{h_1}{g}} = 2\pi\sqrt{\frac{h}{g}}$
$T_2 = 2\pi\sqrt{\frac{h_2}{g}} = 2\pi\sqrt{\frac{h}{g}}$
Таким образом, $T_1 = T_2$, что и требовалось доказать.
Ответ: Период обращения конического маятника определяется формулой $T = 2\pi\sqrt{h/g}$, где $h$ — высота конуса. Поскольку по условию высоты конусов, описываемых нитями, одинаковы, то и периоды обращения тел также будут одинаковы.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 9 класс, для упражнения номер 373 расположенного на странице 59 к сборнику вопросов и задач 2022 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 №373 (с. 59), авторов: Марон (Абрам Евсеевич), Марон (Евгений Абрамович), Позойский (Семён Вениаминович), ФГОС (старый) учебного пособия издательства Просвещение.