М
Молодежь
К
Компьютеры-и-электроника
Д
Дом-и-сад
С
Стиль-и-уход-за-собой
П
Праздники-и-традиции
Т
Транспорт
П
Путешествия
С
Семейная-жизнь
Ф
Философия-и-религия
Б
Без категории
М
Мир-работы
Х
Хобби-и-рукоделие
И
Искусство-и-развлечения
В
Взаимоотношения
З
Здоровье
К
Кулинария-и-гостеприимство
Ф
Финансы-и-бизнес
П
Питомцы-и-животные
О
Образование
О
Образование-и-коммуникации
azot21
azot21
17.05.2021 19:22 •  Физика

Шарик массой 400 г подвешен на пружине. Собственная частота колебаний шарика равна 15 рад/с, а начальная амплитуда колебаний равна 40 см. Известно, что система теряет энергию со скоростью 2 Дж/с. Через какое время после начала затухания колебаний шарик остановится

👇
Ответ:
Нура191
Нура191
17.05.2021
Чтобы решить эту задачу, нам нужно использовать законы гармонических колебаний и закон сохранения энергии.

Шарик находится подвешенным на пружине, поэтому он осуществляет гармонические колебания. Закон гармонических колебаний устанавливает, что период колебаний обратно пропорционален квадратному корню из жесткости пружины и прямо пропорционален квадратному корню из массы, то есть:

Т = 2π√(m/k),

где Т - период колебаний, m - масса шарика, k - коэффициент жесткости пружины.

Выразим коэффициент жесткости пружины:

k = (4π²m)/(T²).

В данной задаче сказано, что собственная частота колебаний равна 15 рад/с, что соответствует периоду Т = 1/15 с.

Подставим эти значения и массу шарика m = 400 г = 0,4 кг, чтобы найти коэффициент жесткости пружины k:

k = (4π² * 0,4) / (1/15)² = 6π² * 0,4 * 15² ≈ 424,6 Н/м.

Теперь мы знаем коэффициент жесткости пружины.

Используем закон сохранения энергии, который утверждает, что сумма потенциальной и кинетической энергии колеблющейся системы остается постоянной.

E = (1/2)kA²,

где E - энергия колеблющейся системы, k - коэффициент жесткости пружины, A - амплитуда колебаний.

В нашей задаче сказано, что амплитуда колебаний равна 40 см = 0,4 м, а система теряет энергию со скоростью 2 Дж/с. Затухание колебаний означает, что энергия системы убывает.

Используем данную информацию, чтобы найти начальную энергию системы E₀:

E₀ = (1/2)kA₀²,

где A₀ - начальная амплитуда колебаний.

Подставим значения k ≈ 424,6 Н/м и A₀ = 0,4 м в эту формулу:

E₀ = (1/2) * 424,6 * (0,4)² ≈ 33,97 Дж.

Теперь мы знаем начальную энергию системы E₀ и скорость ее снижения.

Чтобы определить, через какое время шарик остановится, используем следующее соотношение:

P = ΔE/Δt,

где P - мощность потери энергии, ΔE - изменение энергии системы, Δt - изменение времени.

В нашей задаче сказано, что система теряет энергию со скоростью 2 Дж/с. Подставим это значение в формулу:

2 = ΔE/Δt.

Мы знаем, что начальная энергия системы E₀ = 33,97 Дж. Так как система теряет энергию, то E₀ будет больше конечной энергии системы E, то есть:

ΔE = E - E₀ = -E₀.

Используем эти значения в уравнении:

2 = -E₀/Δt.

Решим уравнение относительно Δt:

Δt = -E₀/2 = -33,97/2 ≈ -16,985 с.

Знак минус означает, что время Δt является отрицательным числом. Время Δt определяет интервал времени, через который шарик остановится после начала затухания колебаний.

Ответ: шарик остановится примерно через 16,985 секунд после начала затухания колебаний.
4,5(94 оценок)
Проверить ответ в нейросети
Это интересно:
Новые ответы от MOGZ: Физика
logo
Вход Регистрация
Что ты хочешь узнать?
Спроси Mozg
Открыть лучший ответ