-->
Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ íà òåìó «Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ». Ôèçèêà 11 êë
< !-- ot vovana -->
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Êîëåáàíèÿ è âîëíû. Ôèçèêà 11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 1. Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ

 


§ 1.13. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ (îêîí÷àíèå)

Çàäà÷à 3

Äâà ìàòåìàòè÷åñêèõ

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.

ñèëû òÿæåñòè è ñèëû óïðóãîñòè

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  íàøåì ñëó÷àå ðîëü g èãðàåò âåëè÷èíà Ñëåäîâàòåëüíî,

Çàäà÷à 4

Äâà 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 1 è 2, ñòðåìÿùèåñÿ âåðíóòü çàðÿä —q ñíîâà â ïîëîæåíèå ðàâíîâåñèÿ. Ïðîåêöèÿ ðàâíîäåéñòâóþùåé 1.1 ýòèõ ñèë íà îñü X ðàâíà:

Fõ = -2F1 sin α.                     (1.13.9)

Òàê êàê óãîë à ìàë, òî

Ìîäóëü ñèëû 1 íàéäåì ïî çàêîíó Êóëîíà:

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 5

Ñëîæèòå ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ:

Îïðåäåëèòå àìïëèòóäó  è íà÷àëüíóþ ôàçó φ0 ðåçóëüòèðóþùåãî êîëåáàíèÿ.

ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ

Ðåøåíèå. Ïðèâåäåì äàííûå â óñëîâèè çàäà÷è óðàâíåíèÿ ê âèäó

è ïîñòðîèì âåêòîðíóþ äèàãðàììó (ðèñ. 1.32). Íà âåêòîðíîé äèàãðàììå ìîäóëü âåêòîðà — àìïëèòóäà ðåçóëüòèðóþùåãî êîëåáàíèÿ. Îíà ðàâíà

Èç ýòîé æå âåêòîðíîé äèàãðàììû íàõîäèì, ÷òî

<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,