k = 196 Н/м.
Объяснение:
Дано: m = 0,02 кг; h = 5 м; x = 0,1 м.
Знайти: k.
Розв’язок. Розглянемо систему «пружина – куля». Оскільки на тіла системи діють тільки консервативні сили, то для розв’язку задачі можна застосувати закон збереження енергії в механіці. Відповідно до нього, повна механічна енергія E1 системи в початковому стані (у даному випадку перед пострілом) дорівнює повній енергії E2 у кінцевому стані (коли куля піднялася на висоту h), тобто E1 = E2, або
T1 + W1= T2 + W2, (1)
де T1, T2, W1 іW2 – кінетичні і потенційні енергії системи у початковому і кінцевому станах. Оскільки кінетичні енергії кулі у початковому і кінцевому станах дорівнюють нулеві, то рівність (1) набуває виду
W1 = W2, (2)
Приймемо, що потенціальна енергія кулі в полі сил тяжіння Землі, знаходячись в стані спокою на стиснутій пружині, дорівнює нулю, а висоту підйому кулі будемо відраховувати від торця стиснутої пружини. Тоді енергія системи у початковому стані буде дорівнювати потенціальній енергії стиснутої пружини, тобто , а в кінцевому стані – потенціальній енергії кулі на висоті h, тобто W2 = mgh.
Підставивши виразW1 іW2 у формулу (2), знайдемо
. (3)
k = 2·0,02·9,81·5/(0,1) = 196 Н/м.
Объяснение:
Дано:
m = 20 кг
A = 1 м
t = 1 мин = 60 c
n = 15
τ = T / 12
Eп - ?
Eк - ?
Пусть уравнение колебаний :
x = A·cos (ω·t)
Период колебаний:
T = t/n = 60 / 15 = 4 с
Циклическая частота:
ω = 2π / T = 2π / 4 = π / 2 с⁻¹
Тогда:
x = A·cos ((π/2)·t)
Находим фазу колебаний в момент времени
t = τ = (1/12)·T = 4 / 12 = 1/3 с
π·t / 2 = π·1 / (3·2) = π/6
sin (π/6) = 1/2 = 0,5 рад
cos (π/6) = √(3) / 2 ≈ 0,866 рад
Тогда:
x(τ) = A·cos (π/6) = 1·0,866 = 0,866 м
Потенциальная энергия:
Eп = m·g·x = 20·10·0,866 ≈ 170 Дж
Далее.
Скорость - первая производная от координаты:
V = x' = ω·A·sin (ω·t)
V(τ) = (π/2)·1·0,5 ≈ 0,8 м/с
Кинетическая энергия:
Eк = m·V² / 2 = 20·0,8²/2 ≈ 6,4 Дж
