4. Статика. Механические колебания и волны: #198589
Смещение груза пружинного маятника от положения равновесия изменяется со временем по закону:
$$x = A \cos \left( \frac{2\pi}{T} t \right),$$ где период колебаний $T = 0.4 \, \text{с}$. Через какое минимальное время, начиная с момента $t = 0$, кинетическая энергия маятника достигнет максимального значения? Ответ запишите в секундах.
Анализ уравнения движения:
Уравнение координаты маятника имеет вид:
$$x = A \cos \left( \frac{2\pi}{T} t \right).$$ При $t = 0$:
$$\cos(0) = 1 \quad \Rightarrow \quad x = A.$$ Это означает, что в начальный момент времени груз находится в крайней точке траектории, где его скорость (и кинетическая энергия) равна нулю.
2. Кинетическая энергия маятника:
Кинетическая энергия максимальна в положении равновесия $(x = 0),$ где скорость груза достигает наибольшего значения.
3. Нахождение времени:
Для достижения положения равновесия $(x = 0)$ должно выполняться условие:
$$\cos \left( \frac{2\pi}{T} t \right) = 0.$$ Первое решение этого уравнения:
$$\frac{2\pi}{T} t = \frac{\pi}{2} \quad \Rightarrow \quad t = \frac{T}{4}.$$ Подставляем значение периода $T = 0.4 \, \text{с}$:
$$t = \frac{0.4}{4} = 0.1 \, \text{с}.$$