-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ § 1.13. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ (îêîí÷àíèå)Çàäà÷à 3
Äâà ìàòåìàòè÷åñêèõ ìàÿòíèêà, äëèíîé l êàæäûé, ñâÿçàíû íåâåñîìîé ïðóæèíîé (ðèñ. 1.28). Æåñòêîñòü ïðóæèíû ðàâíà k. Ïðè ðàâíîâåñèè ìàÿòíèêè çàíèìàþò âåðòèêàëüíîå ïîëîæåíèå, è ïðóæèíà íåäåôîðìèðîâàíà. Îïðåäåëèòå ÷àñòîòû ìàëûõ êîëåáàíèé äâóõ ñâÿçàííûõ ìàÿòíèêîâ â ñëó÷àÿõ, êîãäà ìàÿòíèêè îòêëîíåíû â îäíîé ïëîñêîñòè íà ðàâíûå óãëû â îäíó ñòîðîíó (êîëåáàíèÿ â ôàçå) è â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû (êîëåáàíèÿ â ïðîòèâîôàçå). Ðåøåíèå. Îòêëîíèì îáà ìàÿòíèêà îò âåðòèêàëè â îäíó è òó æå ñòîðîíó íà îäèíàêîâûé óãîë. Ïðóæèíà ïðè òàêîì îòêëîíåíèè íå áóäåò äåôîðìèðîâàíà. Ëåãêî ñîîáðàçèòü, ÷òî îòïóùåííûå èç ýòîãî ïîëîæåíèÿ ìàÿòíèêè áóäóò êîëåáàòüñÿ â ôàçå ñ ÷àñòîòîé Ïðè îòêëîíåíèè â ðàçíûå ñòîðîíû íà îäèíàêîâûå óãëû êîëåáàíèÿ ìàÿòíèêîâ áóäóò ïðîèñõîäèòü â ïðîòèâîôàçå, è ïðóæèíà áóäåò äåôîðìèðîâàòüñÿ. Äëÿ òîãî ÷òîáû ïîäñ÷èòàòü ÷àñòîòó ýòèõ êîëåáàíèé, íàéäåì ñèëó, âîçâðàùàþùóþ ìàÿòíèêè â ïîëîæåíèå ðàâíîâåñèÿ. Ïðè îòêëîíåíèè íà óãîë φ ìîäóëü ñèëû, äåéñòâóþùåé ñî ñòîðîíû ïðóæèíû íà òåëî ìàññîé m, ñîãëàñíî çàêîíó Ãóêà ðàâåí Fy = k'Δl. Íî æåñòêîñòü ïîëîâèíû ïðóæèíû k' = 2k, à ðàñòÿæåíèå ýòîé ïîëîâèíû Δl = l sin φ. Ñëåäîâàòåëüíî, Fy = 2kl sin φ.
Ñóììà ïðîåêöèé ñèëû òÿæåñòè è ñèëû óïðóãîñòè íà êàñàòåëüíóþ ê îêðóæíîñòè (îáîçíà÷èì åå ÷åðåç F) ðàâíà: F = mg sin φ + 2kl sin φ cos φ (ðèñ. 1.29). Òàê êàê ïðè ìàëûõ óãëàõ cos &phi ≈ 1, òî
Äëÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà ýòà ïðîåêöèÿ ðàâíà mg sin φ. Ïðè ýòîì ÷àñòîòà êîëåáàíèé ïðè ìàëûõ óãëàõ φ îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé
Çàäà÷à 4Äâà íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ çàðÿäà +q0 ðàñïîëîæåíû â òî÷êàõ B è Ñ íà ðàññòîÿíèè r äðóã îò äðóãà. Âäîëü îñè ñèììåòðèè ñèñòåìû ýòèõ çàðÿäîâ ìîæåò ïåðåìåùàòüñÿ øàðèê ìàññîé m, íåñóùèé òî÷å÷íûé çàðÿä —q (ðèñ. 1.30). Ñ÷èòàÿ ñìåùåíèå îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà îò ïðÿìîé ÂÑ, ñîåäèíÿþùåé ïîëîæèòåëüíûå çàðÿäû, ìàëûì ïî ñðàâíåíèþ ñ r, îïðåäåëèòå ïåðèîä Ò êîëåáàíèé îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà.
Ðåøåíèå. Íàïðàâèì îñü X âäîëü îñè ñèììåòðèè ñèñòåìû äàííûõ çàðÿäîâ (ðèñ. 1.31), à íà÷àëî êîîðäèíàò ñîâìåñòèì ñ ñåðåäèíîé îòðåçêà ÂÑ. Ñìåñòèì çàðÿä -q íà íåáîëüøîå ðàññòîÿíèå ÎÀ = õ îò ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ Î. Òîãäà íà çàðÿä —q ñî ñòîðîíû çàðÿäîâ +q0 íà÷íóò äåéñòâîâàòü ñèëû Fõ = -2F1 sin α. (1.13.9) Òàê êàê óãîë à ìàë, òî Ìîäóëü ñèëû
Ñìåùåíèå õ — ìàëàÿ âåëè÷èíà, à õ2 — âåëè÷èíà âòîðîãî ïîðÿäêà ìàëîñòè è åþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Ñëåäîâàòåëüíî,
Çàìåíèâ â âûðàæåíèè (1.13.9) F1 è sin α èõ çíà÷åíèÿìè, ïîëó÷èì:
Ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà
Óðàâíåíèå (1.13.11) îïèñûâàåò ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ, ñîâåðøàþùèåñÿ ñ öèêëè÷åñêîé ÷àñòîòîé
Îòñþäà ïåðèîä êîëåáàíèé îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà áóäåò ðàâåí:
Çàäà÷à 5Ñëîæèòå ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ:
Îïðåäåëèòå àìïëèòóäó  è íà÷àëüíóþ ôàçó φ0 ðåçóëüòèðóþùåãî êîëåáàíèÿ.
Ðåøåíèå. Ïðèâåäåì äàííûå â óñëîâèè çàäà÷è óðàâíåíèÿ ê âèäó
è ïîñòðîèì âåêòîðíóþ äèàãðàììó (ðèñ. 1.32). Íà âåêòîðíîé äèàãðàììå ìîäóëü âåêòîðà
Èç ýòîé æå âåêòîðíîé äèàãðàììû íàõîäèì, ÷òî
|
|
|