Груз массой 0,2 кг висит на пружине, коэффициент упругости которой 60 Н/м. От груза отвалилась часть массой 50 г. Чему будет равна максимальная скорость колебаний оставшейся части?
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения энергии.
Изначально энергия груза равна энергии пружины: Ep = Es, где Ep - потенциальная энергия груза, а Es - потенциальная энергия пружины. Ep = mgh, где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - высота. Es = 1/2 k x^2, где k - коэффициент упругости пружины, x - удлинение пружины.
После отвала части массой 50 г, оставшаяся часть будет иметь массу 150 г = 0,15 кг. Высота опускания новой массы будет на порядок меньше, чем для полной массы, пренебрежем этим значением.
Ep = mgh = 0.15 9,8 h = 1,47h.
Es = 1/2 k x^2 = 1/2 60 x^2 = 30x^2.
Из закона сохранения энергии: Ep_начальное = Es_конечное, mgh = 1/2 k x^2, 1,47h = 30x^2, h = 30/1,47 x^2, x ≈ 3,94h, x ≈ 3,94 A, где А - амплитуда колебаний.
Максимальная скорость колебаний груза равна скорости в момент максимального удлинения пружины: Vmax = ω * A, где ω - циклическая частота.
Для решения этой задачи воспользуемся законом сохранения энергии.
Изначально энергия груза равна энергии пружины:
Ep = Es,
где Ep - потенциальная энергия груза, а Es - потенциальная энергия пружины.
Ep = mgh, где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - высота.
Es = 1/2 k x^2, где k - коэффициент упругости пружины, x - удлинение пружины.
После отвала части массой 50 г, оставшаяся часть будет иметь массу 150 г = 0,15 кг. Высота опускания новой массы будет на порядок меньше, чем для полной массы, пренебрежем этим значением.
Ep = mgh = 0.15 9,8 h = 1,47h.
Es = 1/2 k x^2 = 1/2 60 x^2 = 30x^2.
Из закона сохранения энергии:
Ep_начальное = Es_конечное,
mgh = 1/2 k x^2,
1,47h = 30x^2,
h = 30/1,47 x^2,
x ≈ 3,94h,
x ≈ 3,94 A, где А - амплитуда колебаний.
Максимальная скорость колебаний груза равна скорости в момент максимального удлинения пружины:
Vmax = ω * A, где ω - циклическая частота.
ω = sqrt(k/m) = sqrt(60/0.15) = sqrt(400) = 20 рад/с.
Vmax = 20 * 3.94 = 78.8 м/с.
Итак, максимальная скорость колебаний оставшейся части будет равна 78.8 м/с.