Материальная точка совершает гармонические колебания. В некоторый момент времени смещение точки равно 4 см, скорость 5 см/с, ускорение 80 см/с2. Каковы максимальная скорость и ускорение материальной точки?
от

1 Ответ

Дано:  
- Смещение (x) = 4 см = 0,04 м (в СИ)  
- Скорость (v) = 5 см/с = 0,05 м/с (в СИ)  
- Ускорение (a) = 80 см/с^2 = 0,8 м/с^2 (в СИ)  

Найти:  
- Максимальная скорость (V_max)  
- Максимальное ускорение (A_max)  

Решение:

1. Уравнение гармонического колебания:

   a = -ω^2 * x

   где a - ускорение, ω - угловая частота, x - смещение. Подставим известные значения:

   0,8 = -ω^2 * 0,04.

   Поскольку ускорение направлено к равновесному положению, его значение будет положительным:

   0,8 = ω^2 * 0,04.

   Следовательно, ω^2 = 0,8 / 0,04 = 20.

   Теперь найдем угловую частоту:

   ω = √20 = 4,47 рад/с.

2. Максимальное ускорение определяется как:

   A_max = ω^2 * A,

   где A - амплитуда колебаний. Для нахождения A воспользуемся соотношением:

   v = ω * √(A^2 - x^2).

   Подставим известные значения:

   0,05 = 4,47 * √(A^2 - (0,04)^2).

   Возведем обе стороны в квадрат:

   (0,05)^2 = (4,47)^2 * (A^2 - 0,0016).

   0,0025 = 19,98 * (A^2 - 0,0016).

   Теперь раскроем скобки:

   0,0025 = 19,98 * A^2 - 0,0319.

   Переносим все в одну сторону:

   19,98 * A^2 = 0,0025 + 0,0319 = 0,0344.

   Найдем A^2:

   A^2 = 0,0344 / 19,98 = 0,00172.

   Найдем A:

   A = √0,00172 = 0,0414 м = 4,14 см.

3. Теперь, когда у нас есть A, найдем максимальное ускорение:

   A_max = ω^2 * A = 20 * 0,0414 = 0,828 м/с^2 = 82,8 см/с^2.

4. Максимальная скорость определяется как:

   V_max = ω * A = 4,47 * 0,0414 = 0,185 м/с = 18,5 см/с.

Ответ:  
Максимальная скорость материальной точки равна 18,5 см/с, максимальное ускорение равно 82,8 см/с^2.
от