Задача #155

Тело массой прикреплено к вертикально стоящей пружине жесткостью и совершает колебания с амплитудой В тот момент, когда тело проходит положение равновесия, двигаясь вверх, на него сверху падает и прилипает к нему кусок пластилина массой Чему будет равна новая амплитуда колебаний Скорость пластилина за мгновение до столкновения с телом равна Сделайте чертеж. Обоснуйте применимость использованных законов.

Решение

Замечания

  1. Исследуем крайние случаи.

    • При амплитуда ожидаемо не изменится.
    • При новая амплитуда равняется На первый взгляд может показаться, что при система прекратит всякое движение, поскольку остановка произошла в положении равновесия. Но само положение равновесия сместилось вниз на так как увеличилась масса груза. Значит, место столкновения окажется крайней точкой для новых колебаний.
    • Новая амплитуда не может быть равна нулю ни в каком случае.
  2. При подстановке 3 уравнения исходной системы во второе находим что можно было сказать и без вычислений. Из теории колебаний школьнику известно, что максимальная скорость, достигаемая при прохождении равновесия, равна произведению амплитуды на циклическую частоту.

  3. Знак проекции скорости не имеет значения, поскольку в ответ входит квадрат этой величины. С точки зрения ЗСЭ это тоже логично: при прохождении определенной координаты скорость тела одинакова при любом направлении движения, так как иначе энергия не сохраняется.

  4. Задача родилась благодаря моему ученику Вене, которого фраза из условия оригинальной задачи «груз на пружине совершает колебания на горизонтальном столе» не убедила в том, что пружина тоже горизонтальна. Пришлось рассматривать случай вертикальной пружины.

Ответ

Сложность: 8/10

Источник: Лисаков

Раздел: Механика

Номер в ЕГЭ: 26

Тэги: Неупругий удар