Через какое время после прохождения колеблющейся точкой положения равновесия её скорость второй раз станет равной половине своего амплитудного значения (и при этом будет иметь то же, что и в первый раз, направление)? Период колебаний равен 4 с
Уравнение гармонических колебаний $x(t)=A\sin(wt)=A\sin(\frac{2\pi}{T}$ (1)
где x(t), A,w,t,T - соответственно значение отклонения от положения равновесия, амплитуда, угловая частота, время, период колебаний.
Чтобы найти зависимость скорости колеблющейся точки от времени возьмем производную от (1) по времени:
$v(t)=\frac{2\pi A}{T}\cos(\frac{2\pi t}{T})$ (2)
Амплитудное значение скорости $v_{max}=\frac{2\pi A}{T}$
Значение скорости согласно условию равно половине максимального
Подставим (3) в (2) и решим уравнение с одним неизвестным t, то есть найдем момент времени, в который значение скорости равно половине амплитудного (максимального) значения скорости
$\frac{\pi A}{T}=\frac{2\pi A}{T}\cos(\frac{2\pi t}{T})$
$\cos(\frac{2\pi t}{T})=0,5$ $t=\frac{T}{6}$
Изобразим для наглядности график колебаний точки и скорости. Скорость - красной линией, а отклонение точки от равновесия - синей.
Значение скорости согласно условию равно половине максимального
$v=\frac{\pi A}{T}$ (3)
$\frac{\pi A}{T}=\frac{2\pi A}{T}\cos(\frac{2\pi t}{T})$
$\cos(\frac{2\pi t}{T})=0,5$ $t=\frac{T}{6}$
Изобразим для наглядности график колебаний точки и скорости. Скорость - красной линией, а отклонение точки от равновесия - синей.
Косинус и соответственно скорость будет иметь значение 0,5Vmax и знак + в моменты времени $t=\frac{\pi}{3}$ $t=\frac{5\pi}{3}$
Как видим, точка проходит положение равновесия в момент $t=\pi$. Тогда искомое время:
Как видим, точка проходит положение равновесия в момент $t=\pi$. Тогда искомое время:
$t_x=\frac{5\pi}{3}-\pi=\frac{2}{3}\pi$
Период $T=2\pi$, тогда $\pi$ соответствует времени 2 секунды. Искомое время в секундах:
$t_x=\frac{2*2}{3}\approx 1,33\;c$
Ответ: 1,33 секунды
Комментарии
Отправить комментарий
Здесь вы можете оставить ваш комментарий.