Точка равномерно движется по окружности против часовой стрелки с периодом T = 6 с. Диаметр d окружности равен 20 см. Составьте уравнение движения проекции точки на ось x, проходящую через центр окружности, если в момент времени, принятый за начальный, проекция на ось x равна нулю. Найдите смещение x, скорость \dot{x} и ускорение \ddot{x} проекции точки в момент t = 1 с.
Физика 11 класс Гармонические колебания
Рассмотрим по шагам.
Дано: период T = 6 с, диаметр d = 20 см, движение против часовой стрелки. Радиус окружности R = d/2 = 10 см.
Угловая скорость при равномерном движении: omega = 2π / T = 2π / 6 = π / 3 рад/с.
Проекция на ось x (ось проходит через центр). Если в момент t = 0 проекция x(0) = 0 и точка проходит ось x в положительном направлении (так как движение против часовой стрелки точка, стартовав с нижней точки, будет двигаться вправо), то удобен вид гармонического движения
x(t) = R sin(omega t).
Здесь R = 10 см, omega = π/3 рад/с, значит
x(t) = 10 · sin((π/3) t) см.
Найдём скорость и ускорение проекции (производные по времени):
Подставим t = 1 с. Поскольку sin(π/3) = √3/2 ≈ 0.8660254 и cos(π/3) = 1/2, получаем:
Итого: