К двум легким пружинам различной жесткости подвешены грузы равной массы. При этом отношение удлинений пружин ¬ l1/l 2 . Определите отношение полных механических энергий пружинных маятников, если отношение их амплитуд колебаний x  2max /1 max = 2.
от

1 Ответ

Дано:

Масса грузов m (одинаковая для обеих пружин).  
Отношение удлинений пружин l1 / l2 = k1 / k2, где k1 и k2 - жесткости пружин.  
Отношение амплитуд колебаний x2max / x1max = 2.

Найти:

Отношение полных механических энергий пружинных маятников E1 / E2.

Решение:

1. Полная механическая энергия E в пружине с жесткостью k и максимальным отклонением xmax определяется по формуле:

E = (1/2) * k * x^2.

2. Для первой пружины (с жесткостью k1) имеем:

E1 = (1/2) * k1 * x1max^2.

3. Для второй пружины (с жесткостью k2) имеем:

E2 = (1/2) * k2 * x2max^2.

4. Теперь найдем отношение полных механических энергий:

E1 / E2 = [(1/2) * k1 * x1max^2] / [(1/2) * k2 * x2max^2].

5. Сократим (1/2):

E1 / E2 = (k1 * x1max^2) / (k2 * x2max^2).

6. Подставим известное отношение амплитуд: x2max = 2 * x1max.

7. Подставляем это значение в уравнение:

E1 / E2 = (k1 * x1max^2) / (k2 * (2 * x1max)^2).

8. Упрощаем:

E1 / E2 = (k1 * x1max^2) / (k2 * 4 * x1max^2).

9. Сокращаем x1max^2:

E1 / E2 = k1 / (4 * k2).

10. Из условия задачи известно, что отношение удлинений пружин пропорционально их жесткостям:

l1 / l2 = k1 / k2.

11. Обозначим l1 = l2 * (k1 / k2), тогда k1 = (l1 / l2) * k2.

12. Подставим k1 в выражение для отношения энергий:

E1 / E2 = [(l1 / l2) * k2] / (4 * k2).

13. Сократим k2:

E1 / E2 = (l1 / l2) / 4.

14. Таким образом, получили выражение для отношения полных механических энергий:

E1 / E2 = l1 / (4 * l2).

Ответ:

Отношение полных механических энергий пружинных маятников E1 / E2 равно l1 / (4 * l2).
от