Тема . Механика. Колебания

.03 Уравнение гармонических колебаний

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела механика. колебания
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#48987

В системе, изображённой на рисунке, массы грузов равны m1  и m2  , жёсткость пружины k  , блоки, нить и пружина – невесомые, блоки вращаются без трения, нить по блокам не скользит. В положении равновесия пружина растянута. Груз m
  1  смещают из положения равновесия вниз на расстояние s  , после чего грузы совершают гармонические колебания. Найдите максимальные скорости колеблющихся грузов.

(«Покори Воробьёвы горы!», 2014, 10–11)

PIC

Источники: Покори Воробьёвы горы!, 2014, 10–11

Показать ответ и решение

PIC

Из кинематических связей:

2x2 + x1 = const

     S       v1
Δx = -2  v2 =-2 .

В положении равновесия:

T = m1g

2T = m g + kΔx  ⇒ Δx  = (2m1-−-m2-)g.
      2       p      p       k

Энергия равна:

    kΔx2p   m1v21   m2v22
E = --2--+  -2---+ -2--.

При максимальном отклонении:

                                2
F = k(Δxp + Δx )  E = k(Δxp-+-Δx)-− m1gS  +m2g S-.
                          2                   2

Тогда по закону сохранения энергии:

   2
kΔxp-+ m1v21-+ m2v22=  k(Δxp-+-Δx-)2− m  gS + m gS-
 2       2      2          2          1      2 2

с учетом, что v2 = v1∕2  :

 2(m1-   m2)       S-         k(SΔxp-)  kS2-
v1  2 +  8   = m2g 2 − m1gS +    2    +  8  .

Или

 24m1 + m2
v1----S---- = 4m1g − 8m1g + 4(2m1 − m2)g+ kS

Отсюда

     ∘ ---------
v1 = S  ----l----.
       4m1 + m2

Уравнение колебаний имеет вид:

x = Acos(ωt),

при t = 0  :

x = A = S.

Возьмём производную

                             ∘ ---------
v = A ωsin(ωt) ⇒ v1 = S ω ⇒ ω = ----k---.
                               4m1 + m2

       2            − kS
a = − Aω cos(ωt) = 4m1-+-m2-cos(ωt)

По второму закону Ньютона:

m1a = m1g − T ⇒ T = m1 (g − a) ≥ 0

Отсюда

---kS----           4m1-+-m2--
4m1 + m2  ≤ g ⇒ S ≤    k    g.
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!