4. За промежуток времени Δt1 = 32 с один из математических маятников совершил столько же полных колебаний, как другой за промежуток времени Δt2 = 64 с. Найдите длины маятников, если один из них короче другого на Δl = 33 см.
Физика 11 класс Колебания и волны математический маятник колебания длина маятника физика 11 класс задачи по физике Новый
Для решения этой задачи нам нужно использовать формулу периода колебаний математического маятника:
T = 2π√(l/g),
где:
Пусть длина первого маятника равна l1, а длина второго - l2. По условию задачи, один маятник короче другого на 33 см, то есть:
l2 = l1 + 0.33,
где все длины в метрах.
Теперь, учитывая, что первый маятник совершил N колебаний за время Δt1, а второй - за время Δt2, мы можем записать:
N1 = Δt1 / T1 и N2 = Δt2 / T2.
Поскольку N1 = N2, то:
Δt1 / T1 = Δt2 / T2.
Теперь подставим выражения для T1 и T2:
Δt1 / (2π√(l1/g)) = Δt2 / (2π√(l2/g)).
Упрощая, мы можем избавиться от 2π и g:
Δt1 / √l1 = Δt2 / √l2.
Теперь выразим √l1 и √l2:
Δt1 * √l2 = Δt2 * √l1.
Подставим l2 = l1 + 0.33:
Δt1 * √(l1 + 0.33) = Δt2 * √l1.
Теперь возведем обе стороны в квадрат:
(Δt1)^2 * (l1 + 0.33) = (Δt2)^2 * l1.
Раскроем скобки:
(Δt1)^2 * l1 + (Δt1)^2 * 0.33 = (Δt2)^2 * l1.
Переносим все слагаемые, содержащие l1, в одну сторону:
(Δt1)^2 * l1 - (Δt2)^2 * l1 = - (Δt1)^2 * 0.33.
Выносим l1 за скобки:
l1 * ((Δt1)^2 - (Δt2)^2) = - (Δt1)^2 * 0.33.
Теперь выразим l1:
l1 = - (Δt1)^2 * 0.33 / ((Δt1)^2 - (Δt2)^2).
Теперь подставим известные значения:
Подставляем значения:
l1 = - (32)^2 * 0.33 / ((32)^2 - (64)^2).
Теперь считаем:
l1 = - 1024 * 0.33 / (1024 - 4096) = - 337.92 / (-3072) = 0.110.
Теперь найдем l2:
l2 = l1 + 0.33 = 0.110 + 0.33 = 0.440.
Таким образом, длины маятников составляют: