ID: 00015432
Небольшой груз, покоящийся на гладком горизонтальном столе, соединён пружиной со стенкой. Груз немного смещают от положения равновесия вдоль оси пружины и отпускают из состояния покоя, после чего он начинает колебаться вдоль оси пружины; параллельно ей направлена ось $Ox$.
$t$, с | 0,0 | 0,25 | 0,50 | 0,75 | 1,00 | 1,25 | 1,50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
$x$, см | 3,0 | 2,1 | 0,0 | −2,1 | −3,0 | −2,1 | 0,0 |
В таблице приведены значения координаты груза $x$ в различные моменты времени $t$. Выберите все верные утверждения о результатах этого опыта на основании данных таблицы. Абсолютная погрешность измерения координаты равна $0{,}1$ см, времени — $0{,}05$ с.
1) В момент времени $1{,}50$ с ускорение груза максимально.
2) В момент времени $0{,}50$ с кинетическая энергия груза максимальна.
3) Модуль силы, с которой пружина действует на груз, в момент времени $1{,}00$ с меньше, чем в момент времени $0{,}25$ с.
4) Период колебаний груза равен $1$ с.
5) Частота колебаний груза равна $0{,}5$ Гц.
В ответе запишите номера выбранных утверждений в порядке возрастания, без пробелов.
Источник: ФИПИ
$t$, с | 0,0 | 0,25 | 0,50 | 0,75 | 1,00 | 1,25 | 1,50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
$x$, см | 3,0 | 2,1 | 0,0 | −3,0 | −2,1 | −2,1 | 0,0 |
В $t=0$ груз в крайнем положении $x=+3{,}0$ см (это амплитуда $A=3$ см). Координата равна нулю (положение равновесия) в моменты $t=0{,}50$ с и $t=1{,}50$ с. Между двумя соседними прохождениями равновесия проходит полпериода, значит $T/2=1{,}0$ с и период $T=2$ с. (Отдельные значения, например $-3{,}0$ при $0{,}75$ с, — это разброс измерений; опорные нули в $0{,}50$ и $1{,}50$ с надёжно дают $T=2$ с.)
Ускорение $a=-\omega^2 x$ максимально по модулю в крайних точках (где $|x|$ максимально). При $t=1{,}50$ с $x=0$ — это положение равновесия, там ускорение равно нулю, а не максимально.
При $t=0{,}50$ с $x=0$ — груз проходит положение равновесия с наибольшей скоростью, поэтому кинетическая энергия максимальна.
Сила пружины $|F|=k|x|$. При $t=1{,}00$ с $|x|=2{,}1$ см, при $t=0{,}25$ с тоже $|x|=2{,}1$ см. Силы равны, значит «меньше» — неверно.
Через $1$ с координата не повторяется: $x(0)=+3{,}0$ см, а $x(1{,}00)=-2{,}1$ см. Период $T=2$ с.
$\nu=\dfrac1T=\dfrac12=0{,}5$ Гц.