Задача по физике Незнайка на ракете НИП-2 прилетел на небольшую планету радиуса R=5.0R=5.0R=5.0 км. Привязав к нити длиной l=5.0l=5.0l=5.0 см маленький камень массой m=0.1m=0.1m=0.1 кг, Незнайка соорудил маятник и измерил период его малых колебаний в разных точках поверхности планеты. Во всех точках период получился одинаковым T=20T=20T=20 с. Затем Незнайка увеличил точность измерений периода колебаний маятника и обнаружил, что на экваторе период на ΔT=0.20\Delta T = 0.20ΔT=0.20 с больше, чем на полюсе. Определить период обращения планеты вокруг своей оси. Ответ дать в часах с точностью до целого.
Из условия задачи мы знаем, что период колебаний маятника зависит от ускорения свободного падения g, которое в свою очередь зависит от радиуса планеты и расстояния до ее центра. Таким образом, на экваторе период колебаний маятника больше на ΔT=0.20 с, следовательно разница в ускорении свободного падения на экваторе и на полюсе составляет Δg.
Мы можем записать следующее:
T=2π√l/gl/gl/g
Tэкв=T+ΔT=2π√l/(g−Δg)l/(g-Δg)l/(g−Δg)
Tпол=T=2π√l/(g+Δg)l/(g+Δg)l/(g+Δg)
Разделим второе уравнение на третье, чтобы избавиться от l и π:
Из условия задачи мы знаем, что период колебаний маятника зависит от ускорения свободного падения g, которое в свою очередь зависит от радиуса планеты и расстояния до ее центра. Таким образом, на экваторе период колебаний маятника больше на ΔT=0.20 с, следовательно разница в ускорении свободного падения на экваторе и на полюсе составляет Δg.
Мы можем записать следующее:
T=2π√l/gl/gl/g
Tэкв=T+ΔT=2π√l/(g−Δg)l/(g-Δg)l/(g−Δg)
Tпол=T=2π√l/(g+Δg)l/(g+Δg)l/(g+Δg)
Разделим второе уравнение на третье, чтобы избавиться от l и π:
Tэкв−TTэкв-TTэкв−T/T−TполT-TполT−Tпол=√(g+Δg)/(g−Δg)(g+Δg)/(g-Δg)(g+Δg)/(g−Δg)
20−2020-2020−20/20−20−0.220-20-0.220−20−0.2=√(g+Δg)/(g−Δg)(g+Δg)/(g-Δg)(g+Δg)/(g−Δg)
0.2/0.2=√(g+Δg)/(g−Δg)(g+Δg)/(g-Δg)(g+Δg)/(g−Δg)
1=√(g+Δg)/(g−Δg)(g+Δg)/(g-Δg)(g+Δg)/(g−Δg)
1=g+Δgg+Δgg+Δg/g−Δgg-Δgg−Δg
g+Δg=g-Δg
Δg=-Δg
Таким образом, разница ускорения свободного падения на экваторе и на полюсе равна 0. Получим ускорение свободного падения на полюсе:
g+Δg=g-Δg=g
Теперь можем найти период обращения планеты вокруг своей оси:
T=2π√R/gR/gR/g=2π√5.0∗103/9.85.0*10^3/9.85.0∗103/9.8=200π/√7≈267.76
Переведем этот период в часы:
T≈267.76*3600/2π2π2π≈4823 часа
Ответ: период обращения планеты вокруг своей оси составляет около 4823 часов.