Материальная точка совершает гармонические колебания по закону х = Acos cot. Найдите отношение кинетической энергии точки к ее полной энергии в момент времени t = T/6.
от

1 Ответ

Дано:
- А = амплитуда колебаний (в СИ) = A
- T = период колебаний
- x(t) = A * cos(ωt), где ω = 2π/T

Найти: отношение кинетической энергии точки к ее полной энергии в момент времени t = T/6.

Решение:

1. Найдем угловую частоту ω:

ω = 2π / T.

2. Подставим t = T/6 в уравнение для x(t):

x(T/6) = A * cos(ω * (T/6)) = A * cos((2π / T) * (T/6)) = A * cos(π/3) = A * (1/2) = A/2.

3. Найдем скорость v(t). Скорость выражается как производная от положения по времени:

v(t) = dx/dt = -A * ω * sin(ωt).

Подставим t = T/6:

v(T/6) = -A * (2π / T) * sin((2π / T) * (T/6)) = -A * (2π / T) * sin(π/3) = -A * (2π / T) * (√3/2).

4. Теперь можем вычислить кинетическую энергию Ek:

Ek = (1/2) * m * v^2.

Подставим v(T/6):

Ek = (1/2) * m * (-A * (2π / T) * (√3/2))^2
   = (1/2) * m * (A^2 * (4π^2 / T^2) * (3/4))
   = (1/2) * m * (3A^2 * π^2 / T^2).

5. Полная энергия E определяется как сумма кинетической и потенциальной энергии. Полная энергия также равна максимальной потенциальной энергии в начальный момент времени (когда x = 0):

E = (1/2) * k * A^2 = (1/2) * m * ω^2 * A^2,
где k = m * ω^2.

Подставим значение ω:

E = (1/2) * m * (2π / T)^2 * A^2
   = (1/2) * m * (4π^2 / T^2) * A^2.

6. Найдем отношение кинетической энергии к полной энергии:

Ek / E = [(1/2) * m * (3A^2 * π^2 / T^2)] / [(1/2) * m * (4π^2 / T^2) * A^2].

7. Упрощаем:

Ek / E = (3A^2 * π^2 / T^2) / (4π^2 / T^2 * A^2) = 3/4.

Ответ: отношение кинетической энергии точки к полной энергии в момент времени t = T/6 равно 3/4.
от