Надо решить 152 задачу. Условия предыдущей задачи прилагаю. 151. Шарик массой m = 60 г колеблется с периодом Т = 2 с. В начальный момент времени смещение шарика xo = 8 см и он обладает энергией Е = 0,02 Дж. Записать уравнение простого гармонического колебания шарика. 152. По условию задачи 151 определить возвращающую силу, действующую на шарик в момент времени t = 5 с после начала колебания.
Для начала найдем уравнение простого гармонического колебания шарика. Уравнение простого гармонического колебания выглядит следующим образом:
x(t) = A*cos(ωt + φ)
где x(t) - смещение от положения равновесия в момент времени t, A - амплитуда колебаний, ω - циклическая частота (ω = 2π / Т), φ - начальная фаза.
У нас дано, что смещение шарика x(0) = x0 = 8 см, амплитуда колебаний - неизвестна. Также дано, что период колебаний Т = 2 с, поэтому ω = 2π / 2 = π рад/с.
Таким образом, уравнение простого гармонического колебания шарика будет иметь вид:
x(t) = A*cos(πt + φ)
Теперь найдем возвращающую силу, действующую на шарик в момент времени t = 5 с. Для этого сначала найдем скорость шарика в момент времени t = 5 с.
v(t) = -Aπsin(πt + φ)
Подставляем t = 5 с:
v(5) = -Aπsin(π*5 + φ)
Так как шарик колеблется вокруг положения равновесия, то возвращающая сила направлена противоположно от смещения. Сила пропорциональна ускорению, а ускорение равно второй производной функции x(t) по времени.
a(t) = -Aπ^2cos(πt + φ)
Теперь найдем возвращающую силу по закону Гука:
F = -k*x
где k - жесткость пружины. Так как F = m*a, то
ma = -kx
подставим a:
m(-Aπ^2cos(πt + φ)) = -k(A*cos(πt + φ))
У нас дан масса m = 60 г = 0.06 кг и смещение x(5) = Acos(π5 + φ) (в нашем случае A - неизвестно, но его можно найти из начальных условий) и ускорение a(5) = -60π^2cos(π*5 + φ) с учетом начального смещения x0 = 8 см.
Таким образом, решив уравнение для A и подставив в уравнение для ускорения, можно найти возвращающую силу, действующую на шарик в момент времени t = 5 с.
Для начала найдем уравнение простого гармонического колебания шарика. Уравнение простого гармонического колебания выглядит следующим образом:
x(t) = A*cos(ωt + φ)
где x(t) - смещение от положения равновесия в момент времени t, A - амплитуда колебаний, ω - циклическая частота (ω = 2π / Т), φ - начальная фаза.
У нас дано, что смещение шарика x(0) = x0 = 8 см, амплитуда колебаний - неизвестна.
Также дано, что период колебаний Т = 2 с, поэтому ω = 2π / 2 = π рад/с.
Таким образом, уравнение простого гармонического колебания шарика будет иметь вид:
x(t) = A*cos(πt + φ)
Теперь найдем возвращающую силу, действующую на шарик в момент времени t = 5 с. Для этого сначала найдем скорость шарика в момент времени t = 5 с.
v(t) = -Aπsin(πt + φ)
Подставляем t = 5 с:
v(5) = -Aπsin(π*5 + φ)
Так как шарик колеблется вокруг положения равновесия, то возвращающая сила направлена противоположно от смещения. Сила пропорциональна ускорению, а ускорение равно второй производной функции x(t) по времени.
a(t) = -Aπ^2cos(πt + φ)
Теперь найдем возвращающую силу по закону Гука:
F = -k*x
где k - жесткость пружины. Так как F = m*a, то
ma = -kx
подставим a:
m(-Aπ^2cos(πt + φ)) = -k(A*cos(πt + φ))
У нас дан масса m = 60 г = 0.06 кг и смещение x(5) = Acos(π5 + φ) (в нашем случае A - неизвестно, но его можно найти из начальных условий) и ускорение a(5) = -60π^2cos(π*5 + φ) с учетом начального смещения x0 = 8 см.
Таким образом, решив уравнение для A и подставив в уравнение для ускорения, можно найти возвращающую силу, действующую на шарик в момент времени t = 5 с.