Небольшой груз, подвешенный на пружине жесткостью k = 3 2Н/м  совершает свободные гармонические колебания в вертикальном направлении. Определите амплитуду колебаний, если при прохождении положения равновесия кинетическая энергия груза Wк = 4,0 мДж.
от

1 Ответ

Дано:

k = 32 Н/м (жесткость пружины)  
Wк = 4,0 мДж = 0,004 Дж (кинетическая энергия груза)  

Найти:

Амплитуду колебаний A груза.

Решение:

1. При прохождении положения равновесия максимальная кинетическая энергия груза определяется формулой:

Wк = (1/2) * m * v^2,

где m — масса груза, а v — максимальная скорость груза.

2. Связь между максимальной скоростью v, амплитудой A и угловой частотой ω для гармонических колебаний выражается следующим образом:

v = A * ω.

3. Угловая частота ω связана с жесткостью пружины и массой груза по формуле:

ω = sqrt(k / m).

4. В максимальной кинетической энергии можно выразить массу через жесткость и амплитуду, подставив в уравнение v:

Wк = (1/2) * m * (A * ω)^2
   = (1/2) * m * A^2 * (k / m)
   = (1/2) * k * A^2.

5. Теперь мы можем выразить A из формулы:

A^2 = (2 * Wк) / k.

6. Подставим известные значения:

A^2 = (2 * 0,004) / 32.

7. Вычислим:

A^2 = 0,008 / 32 = 0,00025.

8. Найдем амплитуду A:

A = sqrt(0,00025) = 0,01581 м.

Ответ:

Амплитуда колебаний груза составляет примерно 0,01581 м или 1,581 см.
от