Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д6 B6 № 2606
i

Груз мас­сой m, под­ве­шен­ный к пру­жи­не, со­вер­ша­ет ко­ле­ба­ния с пе­ри­о­дом T и ам­пли­ту­дой x_0. Что про­изой­дет с пе­ри­о­дом ко­ле­ба­ний, мак­си­маль­ной по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей пру­жи­ны и ча­сто­той ко­ле­ба­ний, если при не­из­мен­ной ам­пли­ту­де уве­ли­чить массу груза?

 

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те со­от­вет­ству­ю­щий ха­рак­тер из­ме­не­ния.

 

1.  Уве­ли­чи­лась.

2.  Умень­ши­лась.

3.  Не из­ме­ни­лась.

 

За­пи­ши­те в таб­ли­цу вы­бран­ные цифры для каж­дой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны. Цифры в от­ве­те могут по­вто­рять­ся.

 

Пе­ри­од ко­ле­ба­ний Мак­си­маль­ная по­тен­ци­аль­ная

энер­гия пру­жи­ны

Ча­сто­та ко­ле­ба­ний
Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пе­ри­од ко­ле­ба­ний свя­зан с мас­сой груза и жест­ко­стью пру­жи­ны k со­от­но­ше­ни­ем T=2 Пи ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: m, зна­ме­на­тель: k конец дроби конец ар­гу­мен­та . При уве­ли­че­нии массы пе­ри­од ко­ле­ба­ний уве­ли­чит­ся. Ча­сто­та об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на пе­ри­о­ду, зна­чит, ча­сто­та умень­шит­ся.

С мак­си­маль­ной по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей пру­жи­ны все не­мно­го слож­нее. Для от­ве­та на во­прос, что с ней про­изой­дет су­ще­ствен­но, что пру­жи­на ори­ен­ти­ро­ва­на вер­ти­каль­но (для го­ри­зон­таль­но­го пру­жин­но­го ма­ят­ни­ка при не­из­мен­ной ам­пли­ту­де дан­ная ве­ли­чи­на, есте­ствен­но, оста­нет­ся не­из­мен­ной). Дей­стви­тель­но, когда к вер­ти­каль­ной пру­жи­не под­ве­ши­ва­ют груз, она сразу не­мно­го рас­тя­ги­ва­ет­ся, чтобы урав­но­ве­сить силу тя­же­сти, дей­ству­ю­щую на груз. Опре­де­лим это на­чаль­ное рас­тя­же­ние: mg=kX_0 рав­но­силь­но X_0= дробь: чис­ли­тель: mg, зна­ме­на­тель: k конец дроби . Имен­но это со­сто­я­ние яв­ля­ет­ся по­ло­же­ни­ем рав­но­ве­сия для вер­ти­каль­но­го пру­жин­но­го ма­ят­ни­ка, ко­ле­ба­ния про­ис­хо­дят во­круг него, груз под­ни­ма­ет­ся и опус­ка­ет­ся из этого по­ло­же­ния на ве­ли­чи­ну ам­пли­ту­ды. При дви­же­нии вниз из по­ло­же­ния рав­но­ве­сия пру­жи­на про­дол­жа­ет рас­тя­ги­вать­ся, а зна­чит, по­тен­ци­аль­ная энер­гия пру­жи­ны про­дол­жа­ет уве­ли­чи­вать­ся. При дви­же­нии вверх из по­ло­же­ния рав­но­ве­сия, спер­ва де­фор­ма­ция пру­жи­ны умень­ша­ет­ся, а если x_0 боль­ше X_0, то пру­жи­ны нач­нет сжи­мать­ся. Мак­си­маль­ной по­тен­ци­аль­ной энер­гии пру­жи­ны со­от­вет­ству­ет со­сто­я­ние, когда она мак­си­маль­но рас­тя­ну­та, а зна­чит, в нашем слу­чае, это по­ло­же­ние, когда груз опу­стил­ся мак­си­маль­но вниз. Таким об­ра­зом, мак­си­маль­ная по­тен­ци­аль­ная энер­гия пру­жи­ны равна:

E= дробь: чис­ли­тель: k левая круг­лая скоб­ка \Delta x_max пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: k левая круг­лая скоб­ка x_0 плюс X_0 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: k левая круг­лая скоб­ка x_0 плюс mg/k пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Из этой фор­му­лы видно, что для вер­ти­каль­но­го пру­жин­но­го ма­ят­ни­ка при не­из­мен­ной ам­пли­ту­де и уве­ли­че­нии массы груза мак­си­маль­ная по­тен­ци­аль­ная энер­гия пру­жи­ны уве­ли­чи­ва­ет­ся.

 

Ответ: 112.

Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: 1.5.2 Пе­ри­од и ча­сто­та ко­ле­ба­ний
Ольга Александровна Куценко (Нижний Новгород) 04.11.2012 12:45

С ре­ше­ни­ем пол­но­стью со­глас­на, но в книге ЕГЭ2012 под ре­дак­ци­ей М.Ю. Де­ми­до­вой. -М.: На­ци­о­наль­ное об­ра­зо­ва­ние, 2011. ответ на это за­да­ние 112, а на преды­ду­щее за­да­ние 221. Это двой­ная опе­чат­ка или мы чего-то не по­ни­ма­ем в этом за­да­нии?

Алексей

Доб­рый день!

Спа­си­бо Вам боль­шое, за ком­мен­та­рий. Дей­стви­тель­но, в ре­ше­ние дан­ной за­да­чи за­кра­лась ошиб­ка. Когда я решал дан­ную за­да­ча, я по­че­му-то пред­став­лял себе го­ри­зон­таль­ный пру­жин­ный ма­ят­ник (тело на пру­жи­не, ко­то­рое ко­леб­лет­ся, сколь­зя по глад­кой го­ри­зон­таль­ной по­верх­но­сти), хотя в усло­вии явно ска­за­но, что тело под­ве­ше­но.

Для го­ри­зон­таль­но ко­леб­лю­ще­го­ся ма­ят­ни­ка мак­си­маль­ная по­тен­ци­аль­ная энер­гия пру­жи­ны дей­стви­тель­но опре­де­ля­ет­ся толь­ко ам­пли­ту­дой: чем боль­ше ам­пли­ту­да, тем боль­ше энер­гия. А вот для вер­ти­каль­но­го ма­ят­ни­ка (ну и, в прин­ци­пе, лю­бо­го не го­ри­зон­таль­но­го) все не­мно­го хит­рее. Когда к вер­ти­каль­ной пру­жи­не под­ве­ши­ва­ет­ся груз, она сразу не­мно­го рас­тя­ги­ва­ет­ся, а зна­чит, сразу в ней за­па­са­ет­ся не­мно­го по­тен­ци­аль­ной энер­гии. По­ло­же­нию рав­но­ве­сия те­перь со­от­вет­ству­ет вот это "не­мно­го рас­тя­ну­тое" со­сто­я­ние пру­жи­ны. При ко­ле­ба­ни­ях тело сме­ща­ет­ся на ве­ли­чи­ну ам­пли­ту­ды вверх и вниз от­но­си­тель­но­го но­во­го по­ло­же­ния рав­но­ве­сия. При этом при дви­же­нии вниз пру­жи­на про­дол­жа­ет рас­тя­ги­вать­ся, а при дви­же­нии вверх сна­ча­ла де­фор­ма­ция умень­ша­ет­ся, а потом, если ам­пли­ту­да пре­вы­ша­ет пер­во­на­чаль­ное рас­тя­же­ние, на­чи­на­ет сжи­мать­ся. Таким об­ра­зом, мак­си­маль­ной по­тен­ци­аль­ной энер­гии со­от­вет­ству­ет по­ло­же­ние, когда груз на­хо­дит­ся мак­си­маль­но низко. Важно по­ни­мать, что груз на­хо­дит­ся в мак­си­маль­но вы­со­ком по­ло­же­нии, энер­гия у него мень­ше.

Пер­во­на­чаль­ное рас­тя­же­ние, ко­то­рое вно­сит вклад, за­ви­сит от массы груза, по­это­му уве­ли­че­ние массы при­ве­дет к уве­ли­че­нию мак­си­маль­ной по­тен­ци­аль­ной энер­гии пру­жи­ны. По­дроб­нее смот­ри­те в пе­ре­пи­сан­ном ре­ше­нии. Еще раз спа­си­бо.

 

Ре­ко­мен­дую также по­смот­реть ком­мен­та­рии к за­да­чам 3104, 3131, 602, 603