Главная / ЕГЭ Физика / Задание №29 / ID 109187
ID 109187 ЕГЭ Физика Линия №29 СдамГИА ID: 29043 Кинематика
✈️ TG ВК Следующая ⏭️
На невесомой нерастяжимой нити длиной l  =  50 см, привязанной наверху к неподвижному крючку, подвешен маленький шарик массой m  =  10 г. Снизу к шарику прикреплена легкая пружина жесткостью k  =  100 Н/⁠м, растянутая на $\Delta l=10см$ до длины, = й длине нити l, причем нижний конец пружины находится точно под крючком и заделан в неподвижном основании. Шарик оттягивают в горизонтальном направлении на малое расстояние x l и отпускают. Найдите частоту ν возникающих после этого колебаний, пренебрегая потерями на трение.
Чертеж к задаче
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] 1.  Изобразим нашу систему в момент отклонения шарика на максимальное расстояние x по горизонтали от положения = весия (см. рисунок).
2.  В силу нерастяжимости нити шарик двигался по дуге окружности радиусом l и в результате поднялся по вертикали на высоту h. Поскольку отклонение мало, то длина пружинки при этом увеличится также на h.
3.  По теореме Пифагора для прямоугольного треугольника с гипотенузой l и катетами l − h и x имеем: $l ^2 = ( l - h ) ^2 + x ^2$ откуда $x ^2 =2lh - h ^2 \approx2lh$ поскольку h l. Таким образом, $h= $\frac{x ^2}{2l}$ меньше меньше x$ Отсюда следует, что вертикальным смещением шарика при колебаниях можно пренебречь, и сумма вертикальных проекций сил, действующих на него, равна нулю.
4.  На шарик действуют сила тяжести:

$mg=0,01 \cdot 10=0,1Н$

сила натяжения пружины:

$T_п=k ( \Delta l + h ) \approx k\Delta l=100 \cdot 0,1=10Н больше больше mg$

и сила натяжения нити:

$T_н \approx T_п + mg \approx T_п =10Н$

Тут мы учли, что угол отклонения нити от вертикали:

$\varphi\approx $\frac{x}{l}$ \approx \sin \varphi меньше меньше 1$ $\cos \varphi \approx 1$

5.  Сумма горизонтальных проекций этих сил направлена в сторону, противоположную смещению шарика, и равна, очевидно:

$ - 2T_п \sin \varphi \approx - 2T_п \frac{x}{l}$

6.  Второй закон Ньютона для движения шарика по горизонтали имеет вид уравнения гармонических колебаний:

$ma_x\approx - 2k $\frac{\Delta l}{l}$ x= - m\omega ^2 x$
откуда:

$\omega= \sqrt{аргумента: 2k $\frac{\Delta l}{ml}$} аргумента$
и частота колебаний:

$\nu = $\frac{\omega}{2 \pi}$ = \frac{\sqrt{аргумента: 2k $\frac{\Delta l}{ml}$} аргумента ,}{2 \pi}$

7.  Подставляя численные данные из условия, окончательно получаем:

$\nu = \frac{\sqrt{аргумента: $\frac{2 \cdot 100 \cdot 0,1}{0,01 \cdot 0,5}$} аргумента ,}{2 \cdot 3,14} \approx 10,07Гц$

Ответ: $\approx 10,07 \Гц$
Правильный ответ: $\approx 10,07 \Гц$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 107080 • Задание №19
[рис.] Определите показания вольтметра (см. рис.), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене де...
Смотреть разбор ↗
ID 167758 • Задание №17
Используя брусок с крючком, динамометры № 1 и № 2, грузы № 1, № 2 и № 3, направляющую рейку, соберите эксперим...
Смотреть разбор ↗
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:

Критерии оценивания выполнения задания | Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I)  записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон Гука, 2-⁠й закон Ньютона для гармонических колебательных процессов, связь циклической частоты с угловой частотой колебаний, а также геометрические соотношения)1;
II)  описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин ((за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов)2;
III)  представлены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV)  представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины. | 2

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены преобразования, направленные на решение задачи, но имеется один или несколько из следующих недостатков.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 1

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным
критериям выставления оценок в 1 или 2 балла. | 0

Максимальный балл | 2

1В качестве исходных принимаются формулы, указанные в кодификаторе проверяемых требований к результатам освоения основных образовательных программ среднего общего образования и элементов содержания для проведения единого государственного экзамена по физике.
2 Стандартными считаются обозначения величин, принятые в кодификаторе проверяемых требований к результатам освоения основных образовательных программ среднего общего образования и элементов содержания для проведения единого государственного экзамена по физике.
🔗 Другие задания линии №29 по предмету Физика:
ID 109084 В преддверии летнего сезона пожаров двое пожарных в одной из деревень решили заполнить одинаков... ID 109085 Тело, свободно падающее с некоторой высоты, первый участок пути проходит за время $\tau =1c$ а ... ID 109086 Тело, свободно падающее с некоторой высоты из состояния покоя, за время $\tau = 1c$ после начал... ID 109087 Маленький шарик падает сверху на наклонную плоскость и упруго отражается от нее. Угол наклона п... ID 109088 Наклонная плоскость пересекается с горизонтальной плоскостью по прямой AB. Угол между плоскостя...
← Предыдущее задание 📚 Все задания по предмету Следующее задание →