Присоединиться

Физика·Колебания и волны·9–11 класс

Период и частота колебаний груза 200 г на пружине 80 Н/м

Условие

Груз массой 200 г прикреплён к пружине жёсткостью 80 Н/м и колеблется по гладкой горизонтальной поверхности. Трением и массой пружины пренебречь. Найдите циклическую частоту, период и частоту колебаний груза.

Ответ

ω = 20 рад/с, T ≈ 0,31 с, ν ≈ 3,2 Гц

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Приводим данные к СИ

    Масса: m=200 г=0,2 кгm = 200\ \text{г} = 0{,}2\ \text{кг}. Жёсткость уже в системе СИ: k=80 Н/мk = 80\ \text{Н/м}.

    Поверхность гладкая, массой пружины пренебрегаем — значит перед нами идеальный пружинный маятник, и колебания гармонические, незатухающие.

    Если не перевести граммы в килограммы, ответ уйдёт примерно в 30 раз мимо (100031,6\sqrt{1000} \approx 31{,}6) — это самая частая потеря баллов в этой задаче.

  2. Шаг 2. Формулы пружинного маятника

    Циклическая частота: ω=km\omega = \sqrt{\frac{k}{m}} (измеряется в рад/с).

    Период: T=2πω=2πmkT = \frac{2\pi}{\omega} = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}.

    Частота: ν=1T=ω2π\nu = \frac{1}{T} = \frac{\omega}{2\pi} (в герцах).

    Обратите внимание: сюда не входят ни амплитуда, ни ускорение свободного падения. Пружинный маятник колебался бы точно так же и на Луне, и в невесомости. И ещё: ω\omega и ν\nu — разные величины, они отличаются множителем 2π2\pi.

Осталось ещё 3 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Считаем циклическую частоту
  • Шаг 4. Период и частота
  • Шаг 5. Проверка другим путём
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Не перевели 200 г в килограммы и подставили m = 200.

  • Перепутали дробь под корнем: в периоде стоит m/k, а в циклической частоте — k/m.

  • Подставили в формулу g: период пружинного маятника от ускорения свободного падения не зависит.

  • Назвали ω = 20 рад/с «частотой 20 Гц» — ω и ν отличаются множителем 2π.

  • Решили, что период зависит от амплитуды: у гармонических колебаний он от размаха не зависит.

Другие задачи по теме «Колебания и волны»