Тема . Механика. Колебания

.02 Колебательные системы

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#45103

В глубинах вселенной вдали от всех тяготеющих масс находится тонкий однородный стержень длины L = 10 м  и массой M = 1,0 кг  . По нему без трения может скользить бусинка массой m = 0,1 к г  . В начальный момент бусинка слегка смещена относительно центра стержня и система неподвижна. Через какое время τ  бусинка впервые достигнет середины стержня? Гравитационная постоянная            −11     2   2
G = 6,67⋅10    Н ⋅м ∕кг.
(Всеросс., 2017, РЭ, 11)

Источники: Всеросс., 2017, РЭ, 11

Показать ответ и решение

В процессе колебаний центр масс системы тел будет оставаться неподвижным. Начало лабораторной системы отсчета      OX  поместим в центр масс. Подвижную систему отсчета OX1  свяжем со спицей. В ЛСО ускорение бусинки при малом ее смещении x
  1  относительно спицы определяется силой притяжения концевого отрезка спицы длиной 2x
  1  и расположенного на расстоянии ≈ L∕2  от бусинки:

       Fx-    Gm-(M-∕L)2x1    8GM--
am,C =  m = −   m (L∕2)2  = −  L3  x1.

Ускорение стержня при этом смещении бусинки

         F    Gm (M ∕L)2x    8Gm
aM,C = − -x-= ---------2-1=  --3-x1.
         M      M (L∕2)       L

Тогда ускорение am  бусинки относительно стержня будет равно

a  = a   − a    = − 8G-(M-+-m-)x .
 m    m,C    M,C        L3      1

Получено уравнение гармонических колебаний бусинки относительно спицы. Период этих колебаний

             ∘ -----------
                    L
T = 2π∕ω = πL  2G-(M--+-m).

Искомое время равно четверти периода гармонических колебаний

                6
τ = T∕4 ≈ 2,0 ⋅10c ≈ 24 суток.

(Официальное решение ВсОШ)

Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Отмечено, что при смещении бусинки на x1  сила притяжения определяется взаимодействием бусинки и части спицы длиной                   2x1

1

Применены вторые законы Ньютона (по 2 балла за каждый из случаев (для бусинки и для стержня))

4

Получено ускорение бусинки относительно стержня

1

Получено выражение для периода колебаний

2

Получен численный ответ

2

Максимальный балл

10

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!