В идеальном колебательном LC-контуре происходят свободные электромагнитные колебания с периодом T = 48 мс. В начальный момент времени заряд конденсатора q максимален. Если I₀ – максимальная сила тока в катушке, то через какой минимальный промежуток времени Δt после начала колебаний сила тока в ней станет I = 0,5I₀?
Физика Колледж Электромагнитные колебания
Для решения задачи нам нужно понять, как меняется сила тока в LC-контуре со временем. В идеальном LC-контуре свободные колебания происходят с определенной периодичностью, и ток в катушке и заряд на конденсаторе изменяются по гармоническому закону.
Сначала вспомним, что период колебаний T равен 48 мс. Это означает, что полный цикл колебаний занимает 48 мс. Сила тока I в катушке в любой момент времени можно выразить через максимальную силу тока I₀ следующим образом:
где ω - угловая частота, которая связана с периодом T следующим образом:
Теперь подставим значение T:
Теперь нам нужно найти время Δt, когда сила тока I станет равной 0,5I₀:
Сократим I₀ (при условии, что I₀ не равно 0):
Теперь найдем аргумент функции синуса:
Значение arcsin(0,5) равно π/6 радиан (или 30 градусов). Теперь подставим обратно ω:
Теперь мы можем выразить t:
Подставим значение ω:
Таким образом, минимальный промежуток времени Δt, через который сила тока в катушке станет равной 0,5I₀, составляет 4 мс.
Ответ: 5) 4,0 мс.