Поднимаясь по желобу на высоту h шарик приобретает потенциальную энергиюw = mgh. при малых смещениях можно считать, что амплитуда колебаний по дуге желоба l равна проекции этой дуги на горизонталь x0. из прямоугольного треугольника, образованного радиусом желоба r, амплитуды горизонтального смещения x0 и проекции крайнего положения шарика на вертикаль (r-h) следует: x0^2 + (r-h)^2 = r^2отсюда получим: x0^2 = 2*r*h - h^2учитывая, что при малых колебаниях h^2 < < 2*r*hx0^2 = 2*r*hтаким образом, получаем выражение для h через амплитуду x0 при малых отклонениях от положения равновесия: h = x0^2/2rпотенциальная энергия, максимальная при крайнем положении шарика обретает вид: w = m*g*x0^2/2rтеперь получим значение максимальной кинетической энергии шарика (при прохождении положения равновесия). она равна: t = m*v0^2/2 + i*omega^2/2поскольку, коль шарик катится по жёлобу без проскалзывания, мы должны, помимо кин энергии поступательного движения шарика массы m, учитывать ещё и энергию вращения шарика с моментом инерции i и угловой скоростью вращения шарика вокруг его собственной оси omega.при этом максимальная линейная скорость шарика v0 = omega*r, где r = радиус шарика => omega = v0/rt = m*v0^2/2 + i*(v0/r)^2/2если шарик совершает гармонические колебания по законуx(t) = x0*sin(omega*t) то его скорость должна меняться по законуv(t) = x'(t) = omega*x0*cos(omega*t)таким образом, максимальная линейная скорость шарика (амплитуда скорости) равнаv0 = omega*x0, где omega - циклическая частота колебаний шарика.выражение для максимальной кинетической энергии шарика принимает вид: t = m*(omega*x0)^2/2 + i*(omega*x0)^2/(2r^2).поскольку момент инерции шарика радиуса r и массы m равен i = (2/5)mr^2, тоt = m*(omega*x0)^2/2 + (2/5)mr^2*(omega*x0)^2/(2r^2) = (7/10)m*(omega*x0)^2в колебательной системе максимальное значение потенциальной энергии w равно максимальной величине кинетической энергии t.(7/10)m*(omega*x0)^2 = m*g*x0^2/2rотсюда, сокращая в обеих частях равенства m и x0 получаем: (7/5)*omega^2 = g/rи окончательноomega^2 = (5/7)*(g/r)иomega = sqrt(5g/7r).частота такого "маятника" niu = omega/2piniu = sqrt(5g/7r)/2piпериод t = 1/niu = 2pi*sqrt(7r/5g)
Inforealto
14.02.2023
1. твердые вещества. строение - кристаллическая решетка, молекулы (атомы) не своих мест, они только колеблются около своего положения равновесия. тв. тела сохраняют форму и объем , т.к. притяжение между частицами велико. в обычных условиях трудно сжать или растянуть твердое тело. 2 жидкости. они легко меняют свою форму, принимают форму сосуда, куда их помещают (стакан, чайник, таз). молекулы не расходятся на большие расстояния, поэтому жидкости сохраняют свой объем. т.к. притяжение частиц в жидкости не так велико, то они скачками могут менять свое положение, поэтому жидкости текучи. их легко перелить из одного сосуда в другой. жидкости трудно сжимаемы, молекулы в беспорядке, но близко расположены друг к другу (расстояния между молекулами меньше размеров самих молекул). например, как горох в стакане. 3. газы. молекулы газа движутся во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу, поэтому газы легко заполняют весь предоставленный им объем, не имеют формы. газы легко сжимаемы, т.к. расстояния между молекулами большие (больше размеров самих молекул).