Задачи › Малые колебания, период через энергию

Бусинка на проволоке

  1. Бусинка на проволоке

    МОШ 1960/1986, 8-11 кл.
    7/10

    По длинной проволоке, изогнутой в вертикальной плоскости в виде графика некоторой функции, может двигаться без трения бусинка массой \(m\). Пусть \(l_A\) — длина участка проволоки от начала координат до некоторой точки \(A\). Известно, что если отпустить бусинку в точке \(A\), такой, что \(l_A < l_{A_0}\), то её движение будет строго гармоническим: \(l(t) = l_A\cos\omega t\).

    Докажите, что существует такая точка \(B\) (\(l_{A_0} \leqslant l_B\)), в которой условие гармоничности колебаний будет нарушено.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    Условие пропорциональности силы длине участка проволоки нарушается в некоторой точке \(B\), так как \(F \leqslant mg\), а \(l_A\) неограниченно возрастает.

    Решение

    Сила, действующая на бусинку, находящуюся в какой-либо точке \(A\), в направлении, касательном к проволоке, равна \(F = mg\cos\alpha\), где \(\alpha\) — угол между касательной в точке \(A\) и осью ординат (рис. 186). Для того чтобы длина участка проволоки от начала координат до бусинки менялась по гармоническому закону, необходимо, чтобы сила \(F\) в точке \(A\) была пропорциональна длине \(l_A\). Но \(F \leqslant mg\), а \(l_A\) неограниченно возрастает. Следовательно, должна существовать точка \(B\), в которой условие пропорциональности нарушается. Это означает, что колебания с амплитудой \(l_B\) уже не могут быть гармоническими.

    Рисунок

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи