ответ: В линейных системах при затухающих колебаниях величина смещения изменяется со временем как х(t) = A* exp(-βt) * cos(ωt),
где β - коэффициент затухания. Поскольку энергия прямо пропорциональна квадрату смещения х, т. е. Е ~ x², то энергия в текущий момент времени t меняется по закону: E (t) = E(0)* exp(-2βt),
где E(0) - значение энергии в начальный момент времени.
В нашей задаче: E(t=8мин) = Е(0) - 0,99Е(0) = 0,01Е(0), t= 480 секунд.
Тогда 0,01Е(0) = Е(0)* ехр(-2*480*β), откуда 0,01 = ехр(-960*β) и
㏑(0,01) = - 960β, откуда β = ㏑(100)/960 = ㏑10/480 с^(-1)
Логарифмический декремент: ∧= β*T, T= 2*π*√l /√g - период колебаний математического маятника, l=50м.
Тогда ∧ = 2*π*㏑10*√l/(480√g) = 2*π*㏑10*√50/(480√9,8) =
=32,679/480 = 0,068
V2 = 20 км/ч.
S1 = S2 = S/2.
Vср - ?
Для нахождения средней скорости движения Vср необходимо все пройдённое расстояние S разделить на время его прохождения t: Vср = S /t.
Выразим время прохождения всего пути: t = t1 + t2, где t1, t2 - время прохождения первой и второй половины пути.
Время движения найдём по формулам: t1 = S1/V1 = S/2 *V1 , t2 = S2/V2 = S/2*V2.
t = S/2 *V1 + S/2*V2 = (2 *S *V2 + 2 *S *V1)/ 2 *2 *V1 *V2 = S *(V2 + V1)/2 *V1 *V2.
Vср = S *2 *V1 *V2 /S *(V2 + V1) = 2 *V1 *V2 /(V2 + V1).
Vср = 30 км/ч *20 км/ч/(30 км/ч + 20 км/ч) = 24 км/ч.
ответ: средняя скорость движения всадника составляет Vср = 24 км/ч.