Задачи › Упругие столкновения

Маятник с наклонной стенкой

  1. Маятник с наклонной стенкой

    МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
    6/10

    Тонкий абсолютно жёсткий невесомый стержень, на конце которого закреплен точечный шарик, отклонили на небольшой угол \(\alpha\) от положения равновесия и отпустили. В момент, когда стержень составлял угол \(\beta < \alpha\) с вертикалью, произошло абсолютно упругое соударение шарика с наклонной стенкой (рис. 47).

    Определите отношение \(T_1/T\) периода колебаний такого маятника к периоду математического маятника той же длины.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(\dfrac{T_1}{T} = 1 - \dfrac{1}{\pi}\arccos\dfrac{\beta}{\alpha}\).

    Решение

    В отсутствие стенки угол отклонения математического маятника меняется по гармоническому закону с периодом \(T\) и угловой амплитудой \(\alpha\). Такое же движение совершает проекция точки, обращающейся по окружности радиуса \(\alpha\) с угловой скоростью \(\omega = 2\pi/T\). Абсолютно упругий удар жёсткого стержня о стенку при угле отклонения \(\beta\) соответствует мгновенному перескоку из точки \(B\) в точку \(C\) (рис. 185). Период уменьшается на \(\Delta t = 2\gamma/\omega\), где \(\gamma = \arccos(\beta/\alpha)\). Следовательно, \[T_1 = 2\pi/\omega - 2\gamma/\omega,\] а искомое отношение равно \[\frac{T_1}{T} = 1 - \frac{1}{\pi}\arccos\frac{\beta}{\alpha}.\]

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи