Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Примеры решения задач. Задача1.Материальная точка массой 5 г осуществляет гармонические колебания с частотой 0,5 Гц






    Задача1. Материальная точка массой 5 г осуществляет гармонические колебания с частотой 0, 5 Гц. Амплитуда колебаний равняется 3 см. Определить: 1) скорость точки в момент времени, если смещение точки от положения равновесия равняется 1, 5 см, 2) максимальную силу, которая действует на точку, 3) полную энергию колебаний.

    Дано: кг Гц м м Решение. А х1 0 А х Рис.5.1.
    υ -? F max -? Е -?

    Рис.5.1.

    1)Кинематическое уравнение гармонического колебания мате-ріальної точки вдоль оси x имеет вид:

    . (5.16)

    Чтобы найти скорость, продиференцем это уравнения за временем:

    . (5.17)

    Чтобы выразить скорость через смещение, надо исключить из уравнений (5.16) и (5.17) время. Для этого подведем оба уравнения квадрат, разделим первое на A2, второе на A2 w2 и добавим:

     

    .

    или с учетом (5.2):

    Отсюда:

    м/с.

    Знак плюс отвечает случаю, если направление скорости совпадает с направлением оси, знак минус - если направление скорости совпадает с отрицательным направлением оси x.

    2)Силу, который действует на точку, найдем по второму закону Ньютона

    , где а - ускорение точки, численное значение которого получим, продифференцировав скорость за временем (так как точка двигается по прямой, нормальное ускорение равняется нулю)

    или

    Зная ускорения, найдем силу:

    отсюда максимальное значение силы:

     

    мН.

    3) Полная энергия колеблющейся точки есть сумма кинетической и потенциальной энергий, вычисленных для любого момента времени. Вычислим полную энергию для момента времени, если кинетическая энергия достигает максимального значения. В этот момент потенциальная энергия равняется нулю. Итак,

    .

    Из выражения (5.17) найдем:

    .

    Итак,

    Ответ: 1) м/с, 2) , 3) .

    Задача 2. Материальная точка участвует одновременно в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, выражаемых уравнениями

    Найти уравнение траектории и построить её на чертеже.

    Дано: Решение 1) В исходных данных уравнение траектории задано в параметрическом виде (т.е. как х(t); y = y(t)). Чтобы найти уравнение траектории в координатной
    у = у(х) -?

     

     

    форме (т.е. как у = у(х)), необходимо исключить время t. Для этого воспользуемся тригонометрической формулой . В данном случае , т.е.

    или

    или

     

     

    (1)

     

    (2)

     

    или вычитаем из уравнения (1) уравнение (2),

    Рис.1

    Получилось уравнение параболы, вершина которого находится в т.С (0; 1), см. рис1.

     

    Задача 3. Физический маятник в виде тонкого прямого стержня длиной l = 120 см колеблется около горизонтальной оси, проходящей перпендикулярно стержню через точку, удаленную на некоторое расстояние а от центра масс стержня. При каком значении а период колебаний имеет наименьшее значение?

    где J - момент инерции колеблющегося тела относительно оси колебаний (в данном случае т.О), Х – расстояние центра тяжести маятника от оси колебаний.

    2) Момент инерции данного физического маятника (стержня) запишем с учетом теоремы Штейнера, как

    Тогда период колебаний запишется как

    (1)

    3) Найдем экстремум функции Т = Т(х) (ф-ла 1). Для этого вычислим :

    .

    Решим уравнение = 0, т.е.

    Отсюда . Подходит .

    При х = 0, , а при значение .

    Если при < , то тем самым докажем, что при найдено . Вычислим .

    .

    Тогда < 1.

    м.

    Ответ.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.