Вопрос задан 12.11.2025 в 08:19. Предмет Физика. Спрашивает Лукашев Егор.

Шарик массой m = 10 г совершает гармонические колебания с амплитудой А = 20 см и периодом Т = 4 с (пружинный маятник). В момент времени t₀ = 0 смещение шарика равно х₀ = А. Найдите кинетическую энергию Eк1 в момент времени t = 1 с.

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Смирнов Евгений.

Для того чтобы найти кинетическую энергию шарика в момент времени t = 1 с, необходимо использовать формулы для гармонического колебания.

  1. Основные данные:

    • Масса шарика m=10г=0,01кгm = 10 \, \text{г} = 0,01 \, \text{кг},

    • Амплитуда колебаний A=20см=0,2мA = 20 \, \text{см} = 0,2 \, \text{м},

    • Период колебаний T=4сT = 4 \, \text{с},

    • Смещение в начальный момент времени x0=A=0,2мx_0 = A = 0,2 \, \text{м},

    • Время, для которого нужно найти кинетическую энергию, t=1сt = 1 \, \text{с}.

  2. Формулы для гармонического движения:

    • Смещение x(t)=Acos(ωt+φ)x(t) = A \cos(\omega t + \varphi), где ω\omega — угловая частота.

    • Угловая частота ω=2πT\omega = \frac{2\pi}{T}.

Для нашего случая:

ω=2πT=2π4=π2рад/с.\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{4} = \frac{\pi}{2} \, \text{рад/с}.
  1. Определим начальную фазу φ\varphi:
    Мы знаем, что в момент времени t0=0t_0 = 0 смещение x0=Ax_0 = A, то есть:

x(0)=Acos(φ)=A.x(0) = A \cos(\varphi) = A.

Это возможно только при φ=0\varphi = 0. Таким образом, выражение для смещения будет:

x(t)=Acos(π2t).x(t) = A \cos\left(\frac{\pi}{2} t\right).
  1. Найдем кинетическую энергию в момент времени t=1сt = 1 \, \text{с}:
    Кинетическая энергия EkE_k для гармонического колебания вычисляется по формуле:

Ek=12mv2,E_k = \frac{1}{2} m v^2,

где vv — скорость шарика. Скорость v(t)v(t) можно найти, взяв производную от смещения:

v(t)=ddt(Acos(π2t))=Aπ2sin(π2t).v(t) = \frac{d}{dt} \left( A \cos\left( \frac{\pi}{2} t \right) \right) = -A \cdot \frac{\pi}{2} \sin\left( \frac{\pi}{2} t \right).

Подставим t=1t = 1 с:

v(1)=0,2π2sin(π21)=0,2π21=0,1πм/с.v(1) = -0,2 \cdot \frac{\pi}{2} \sin\left( \frac{\pi}{2} \cdot 1 \right) = -0,2 \cdot \frac{\pi}{2} \cdot 1 = -0,1 \pi \, \text{м/с}.

Теперь вычислим кинетическую энергию:

Ek=120,01(0,1π)2.E_k = \frac{1}{2} \cdot 0,01 \cdot (0,1 \pi)^2.

Вычислим численно:

Ek=120,01(0,1π)2=120,01(0,01π2)=0,010,00098696=0,0000098696Дж.E_k = \frac{1}{2} \cdot 0,01 \cdot (0,1 \pi)^2 = \frac{1}{2} \cdot 0,01 \cdot (0,01 \pi^2) = 0,01 \cdot 0,00098696 = 0,0000098696 \, \text{Дж}.

Таким образом, кинетическая энергия шарика в момент времени t=1сt = 1 \, \text{с} составляет примерно 0,00000987Дж0,00000987 \, \text{Дж}.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос