ФИЗИКА

4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 4.1

Тело совершает гармоническое колебательное движение. Во сколько раз время, затраченное на прохождение расстояния, равного первой половине амплитуды, меньше времени, затраченного на прохождение расстояния, равного второй половине амплитуды?

Задача 4.2

К спиральной пружине подвесили груз, масса которого 0,1 кг значительно больше массы пружины. При этом пружина удлинилась на Δℓ = 5 см. Затем груз оттянули на 3 см и отпустили. Определите потенциальную энергию колебаний и соотношение между периодами колебаний груза и потенциальной энергии.

Задача 4.3

Складываются два колебания x1 = 5 sin 500t см и x2 = 5 sin 501t см одного направления. Запишите уравнение результирующего колебания и определите период изменения его амплитуды.

Задача 4.4

Материальная точка участвует в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, выражаемых уравнениями

(4.4.1)

,

(4.42)

.

Определите траекторию и постройте её на чертеже. Покажите направление движения точки.

Задача 4.5

Тело массой 1 г совершает затухающие колебания с частотой ω = 3,14 с-1. В течении времени t = 50 c энергия тела уменьшилась в 5 раз. Определите коэффициент затухания β, коэффициент сопротивления среды r и логарифмический коэффициент затухания λ.

Задача 4.6

Колебательный контур состоит из конденсатора ёмкостью C = 103 пф и катушки, индуктивность которой L = 4 10-3 Гн, а сопротивление R = 2 10-2 Ом.

1) Определите частоту собственных колебаний и длину волны, на которую настроен контур.

При разомкнутой цепи конденсатор зарядился до qm = 210-7 Кл, а затем цепь замкнули.

2) Запишите уравнение для разности потенциалов на зажимах конденсатора Uc (t) и тока в цепи I(t).

3) Вычислите логарифмический декремент затухания контура, а также интервал времени, в конце которого амплитуда разности потенциалов UCm уменьшится в два раза. Определите число колебаний, совершённых за это время.

Задача 4.7

К вертикально висящей пружине подвешивают груз. При этом пружина удлиняется на 9,8 см. Оттягивая этот груз и отпуская его, заставляют груз совершать колебания. Чему должен быть равен коэффициент затухания β, чтобы:

1) колебания прекратились через 10 с (считать условно, что колебания прекратились, если их амплитуда упала до 1% от начальной величины);

2) груз возвращался в положение равновесия апериодически.

Задача 4.8

По грунтовой дороге прошёл трактор, оставив следы в виде ряда углублений, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга. По этой дороге покатили детскую коляску, имеющую две одинаковые рессоры, каждая из которых прогибается на 2 см под действием груза в 1 кг. С какой скоростью катили коляску, если от толчков на углублениях она, попав в резонанс, начала сильно раскачиваться? Вес коляски 10 кг.

Задача 4.9

В однородной среде распространяется плоская упругая волна вида . Найдите скорость распространения данной волны, максимальную скорость колебаний частиц среды и изобразите на графиках зависимости от х для момента времени t = 0.

Задача 4.10

На струне длиной ℓ = 100 см образовалась стоячая волна, имеющая четыре узла. Найдите координаты точек, которые совершают колебания с амплитудой в два раза меньше максимальной Am.

Задача 4.11

Точечный изотропный источник испускает звуковые колебания с частотой ν = 9 кГц. На расстоянии r0 = 10 м от источника амплитуда смещения частиц среды A0 = 10 мкм. Найдите расстояние r, на котором амплитуда смещения частиц среды А в три раза меньше A0 и амплитуду колебаний скорости частиц среды на этом расстоянии.

Задача 4.12

Чему равно отношение энергии магнитного поля колебательного контура к энергии его электрического поля для момента времени Т/8 сек?

Задача 4.13

Плоская электромагнитная волна

,

где , распространяется в вакууме.

Найдите средний за период поток энергии, проходящий через плоскую поверхность площадью S = 5 см2, расположенную перпендикулярно оси х.

Задача 4.14

В упругой среде распространяется волна со скоростью 300 м/с. Уравнение колебаний источника имеет вид . Чему равна максимальная кинетическая энергия, переносимая волной через среду массой 4 кг? Чему равна эта энергия в момент максимального смещения точек среды от положения равновесия?



к к к