Задачи › Малые колебания, период через энергию

Т-образная штанга

  1. Т-образная штанга

    ВсОШ 1993/94, 10 кл.
    8/10

    Лёгкая Т-образная штанга с закреплённым на ней тяжёлым грузом массы \(m\) находится на твёрдой шероховатой поверхности. В начальный момент времени система отклонена в плоскости рисунка 16.10 на угол \(\varphi_0\) (\(\varphi_0 \ll 1\)). Найдите минимальное время, за которое система примет первоначальное положение. Размеры штанги указаны на рис. 16.10. Удар штанги о поверхность можно считать упругим.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(T = 4t = 8\sqrt{\varphi_0 l/g}\), где \(t = 2\sqrt{\varphi_0\dfrac{l}{g}}\).

    Решение

    Равнодействующая сил, приложенных к грузу массы \(m\), равна \[F = mg\cos\left(\dfrac{\pi}{4} + \varphi\right) \approx mg\cos\dfrac{\pi}{4} = \dfrac{mg}{\sqrt{2}}.\] Тогда время движения \(t\) от положения с максимальным отклонением \(\varphi_0\) до положения, где \(\varphi = 0\), вычисляется как: \[\varphi_0l\sqrt{2} = \dfrac{F}{m}\cdot\dfrac{t^2}{2},\quad t = \sqrt{\varphi_0\dfrac{2ml\sqrt{2}}{F}} = 2\sqrt{\varphi_0\dfrac{l}{g}}.\] За расчётный период времени система 4 раза проходит этот путь. Таким образом, искомое время равно \(T = 4t\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи