Смещение груза пружинного маятника меняется с течением времени по закону х = A sin2п/T • t, где Т= 2 с. Через какое минимальное время с момента начала колебаний потенциальная энергия маятника достигнет половины своего максимума?
от

1 Ответ

Дано:
- Закон движения груза: х = A * sin(2π / T * t)
- Период T = 2 с

Найти: минимальное время, через которое потенциальная энергия маятника станет половиной своего максимума.

Решение:

1. Потенциальная энергия пружинного маятника определяется по формуле:

E_p = (1/2) * k * x^2

где k — жесткость пружины, x — смещение груза.

2. Максимальная потенциальная энергия возникает, когда x = A, то есть:

E_p_max = (1/2) * k * A^2

3. Для того чтобы найти время, когда потенциальная энергия достигнет половины своего максимума, приравняем потенциальную энергию к половине максимальной:

E_p = (1/2) * E_p_max

(1/2) * k * x^2 = (1/2) * (1/2) * k * A^2

Упростим:

x^2 = (1/2) * A^2

x = A / √2

4. Теперь, зная, что x = A * sin(2π / T * t), подставляем x = A / √2:

A * sin(2π / T * t) = A / √2

5. Упростим уравнение:

sin(2π / T * t) = 1 / √2

6. Значение sin(θ) = 1 / √2 соответствует углу θ = π / 4. Следовательно:

2π / T * t = π / 4

7. Теперь решим для t:

t = T / 8

8. Подставляем значение T = 2 с:

t = 2 / 8 = 0,25 с

Ответ:
Минимальное время, через которое потенциальная энергия маятника станет половиной своего максимума, равно 0,25 с.
от