Чтобы найти скорость груза пружинного маятника в положении равновесия, нам нужно использовать закон сохранения энергии. В пружинном маятнике потенциальная энергия пружины преобразуется в кинетическую энергию груза.
Шаги решения:
- Определим потенциальную энергию пружины: В положении равновесия пружина не сжата и не растянута, поэтому потенциальная энергия равна нулю. Однако, когда пружина растягивается до амплитуды, она имеет максимальную потенциальную энергию.
- Формула для потенциальной энергии пружины: Потенциальная энергия пружины (E_p) вычисляется по формуле:
E_p = (k * x^2) / 2,
где k - жесткость пружины, x - максимальное смещение (амплитуда).
- Подставим известные значения:
- k = 10 Н/м (жесткость пружины),
- x = 5 см = 0.05 м (амплитуда, переведем в метры).
Теперь подставим значения в формулу:
E_p = (10 Н/м * (0.05 м)^2) / 2 = (10 * 0.0025) / 2 = 0.0125 Дж.
- Определим кинетическую энергию в положении равновесия: В положении равновесия вся потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию (E_k), которая вычисляется по формуле:
E_k = (m * v^2) / 2,
где m - масса груза, v - скорость груза.
- Приравняем потенциальную и кинетическую энергии:
0.0125 Дж = (0.1 кг * v^2) / 2.
- Решим уравнение для скорости:
- Умножим обе стороны на 2: 0.025 = 0.1 * v^2.
- Разделим обе стороны на 0.1: v^2 = 0.025 / 0.1 = 0.25.
- Теперь извлечем квадратный корень: v = √0.25 = 0.5 м/с.
Ответ: Скорость груза пружинного маятника в положении равновесия составляет 0.5 м/с.