Задачи › Математический и физический маятник

Качели с неравными верёвками

  1. Качели с неравными верёвками

    МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
    5/10

    Одна верёвка качелей закреплена выше другой на величину \(b\). Расстояние между столбами качелей равно \(a\). Длины верёвок равны \(l_1\) и \(l_2\), причем \(l_1^2 + l_2^2 = a^2 + b^2\) (рис. 52).

    Найдите период \(T\) малых качаний на таких качелях. Размерами человека пренебречь по сравнению со всеми указанными выше длинами.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(T = 2\pi\sqrt{l_1l_2/(ag)}\).

    Решение

    Для решения задачи достаточно заметить, что движение качелей есть вращение вокруг оси, проходящей через точки крепления верёвок, т. е. система представляет собой «наклонный математический маятник» (рис. 190). Составляющая силы тяжести \(mg\), направленная вдоль оси вращения, не влияет на колебания, а перпендикулярная составляющая \(mg\sin\alpha\) является фактически возвращающей силой. В результате, используя формулу для периода математического маятника, найдём \[T = 2\pi\sqrt{h/(g\sin\alpha)},\] где \[h = \frac{l_1l_2}{\sqrt{l_1^2 + l_2^2}} = \frac{l_1l_2}{\sqrt{a^2 + b^2}},\] \[\sin\alpha = \frac{a}{\sqrt{a^2 + b^2}},\] поэтому период малых качаний равен \[T = 2\pi\sqrt{l_1l_2/(ag)}.\]

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи