Ареометр в жидком гелии
5/10В высоком цилиндрическом сосуде радиуса \(R = 4\) см с жидким гелием при температуре, близкой к абсолютному нулю (так что гелий является сверхтекучим и трением можно пренебречь), вертикально плавает ареометр — пластмассовый цилиндр радиуса \(r = 3{,}9\) см и массой \(m = 500\) г. В результате малых колебаний ареометра уровень гелия в сосуде тоже колеблется, причем амплитуда этих колебаний \(x = 1\) мм. Найдите максимальную скорость \(v\) уровня поверхности гелия при этих колебаниях. Считайте, что капиллярными эффектами можно пренебречь, а плотность гелия \(\rho = 122\) кг/м\(^3\).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаСвяжите смещение ареометра со смещением уровня через сохранение объёма жидкости в узком зазоре. Возвращающая сила — изменение силы Архимеда; масса гелия мала, поэтому период определяется массой ареометра, а \(v_{\max} = \omega x\).
Ответ\(v = rx\sqrt{\dfrac{\pi\rho g}{m}} = 3{,}5\) мм/с
Похожие задачи
- Колебания линейки ВсОШ 2008/09, 11 кл.
- Долгопериодный маятник IEPhO 2013/14, 8 кл.
- Стробоскопический эффект IEPhO 2015/16, 8 кл.
- Колебания платформы с грузом «Шаг в будущее» 2015/16, 11 кл.
- Плазменная частота МОШ 2018/19, 11 кл.
- Амплитуда колебаний по скоростям «Гранит науки» 2020/21, 9–11 кл.