Два пружинных маятника одинаковой массы вдоль горизонтальной оси совершают свободные гармонические колебания, амплитуды которых одинаковы. Частота колебаний одного из маятников на η = 34 % больше частоты колебаний другого. Во сколько раз различаются полные механические энергии маятников?
от

1 Ответ

Дано:

m = масса маятников (одинаковая для обоих)  
A = амплитуда колебаний (одинакова для обоих)  
f1 = частота первого маятника  
f2 = частота второго маятника  

Частота одного маятника на η = 34 % больше частоты другого:

f1 = f2 + 0,34 * f2 = 1,34 * f2.

Найти:

Во сколько раз различаются полные механические энергии маятников.

Решение:

1. Полная механическая энергия пружинного маятника определяется формулой:

E = (1/2) * k * A^2,

где k — жесткость пружины.

2. Частота колебаний связана с жесткостью пружины и массой маятника по формуле:

f = (1 / (2 * π)) * sqrt(k / m).

3. Из этой формулы можно выразить жесткость k:

k = (2 * π * f)^2 * m.

4. Подставим значения для двух маятников:

E1 = (1/2) * k1 * A^2 = (1/2) * ((2 * π * f1)^2 * m) * A^2,
E2 = (1/2) * k2 * A^2 = (1/2) * ((2 * π * f2)^2 * m) * A^2.

5. Теперь подставим выражения для k1 и k2:

E1 = (1/2) * ((2 * π * f1)^2 * m) * A^2,
E2 = (1/2) * ((2 * π * f2)^2 * m) * A^2.

6. Теперь найдем отношение энергий E1 и E2:

E1 / E2 = ((2 * π * f1)^2 * m) / ((2 * π * f2)^2 * m).

7. Упростим:

E1 / E2 = (f1^2) / (f2^2).

8. Подставляем значение f1 через f2:

E1 / E2 = (1,34 * f2)^2 / (f2)^2 = (1,34^2).

9. Вычисляем 1,34^2:

1,34^2 = 1,7956.

Ответ:

Полные механические энергии маятников различаются примерно в 1,80 раза.
от