Відповіді до підручника: Стр.53

Готова відповідь до завдання Стр.53 з ГДЗ Фізика 9 клас Засєкіна.

Фізика, 9 клас · Відповіді до підручника

Текстова відповідь

§ 8. Досліджуємо коливальний рух

Приклад 2

Тягарець підвісили до пружини, і він почав здійснювати вертикальні гармонічні коливання. Період коливань становить T = 1,2 с, а жорсткість пружини — k = 50 Н/м. Визнач масу тягарця.

Записуємо формулу для періоду пружинного маятника:

T = 2π√(m/k).

Виразимо масу:

T² = 4π² · m/k ⇒ m = T²k / (4π²).

Підставляємо числа (T = 1,2 с, k = 50 Н/м):

m = 1,2² · 50 / (4 · π²) = 1,44 · 50 / (4 · 9,87) ≈ 72 / 39,5 ≈ 1,83 кг.

Відповідь: m ≈ 1,83 кг.

Задача 1

Математичний маятник здійснює коливання з періодом 2 с. Визнач довжину нитки.

Для математичного маятника: T = 2π√(l/g).

Виразимо довжину нитки:

l = g(T/2π)² = gT² / (4π²).

Підставляємо T = 2 с, g = 9,8 м/с²:

l = 9,8 · 2² / (4 · π²) = 9,8 · 4 / (4 · 9,87) ≈ 39,2 / 39,5 ≈ 0,99 м.

Відповідь: l ≈ 1,0 м.

Задача 2

У скільки разів зміниться період коливань математичного маятника, якщо його довжину збільшити в 4 рази?

Для математичного маятника T ∼ √l.

Якщо l₂ = 4l₁, то

T₂/T₁ = √(l₂/l₁) = √4 = 2.

Відповідь: період збільшиться у 2 рази.

Задача 3

Тіло масою 0,5 кг підвішено до пружини жорсткістю k = 200 Н/м. Знайди період коливань.

Формула для періоду пружинного маятника:

T = 2π√(m/k).

Підставляємо m = 0,5 кг, k = 200 Н/м:

T = 2π√(0,5 / 200) = 2π√(0,0025) = 2π · 0,05 = 0,1π ≈ 0,314 с.

Відповідь: T ≈ 0,31 с.

Задача 4

Період коливань тіла на пружині становить 0,5 с. Визнач жорсткість пружини, якщо маса тіла 0,2 кг.

Формула періоду пружинного маятника:

T = 2π√(m/k).

Звідси

T² = 4π² · m/k ⇒ k = 4π² · m / T².

Підставляємо T = 0,5 с, m = 0,2 кг:

k = 4 · π² · 0,2 / 0,5² = 4 · 9,87 · 0,2 / 0,25 ≈ 39,48 · 0,2 / 0,25 ≈ 7,90 / 0,25 ≈ 31,6 Н/м.

Відповідь: k ≈ 32 Н/м.

Задача 5

Яким стане період коливань пружинного маятника, якщо масу вантажу збільшити в 4 рази?

Для пружинного маятника T ∼ √m.

Якщо m₂ = 4m₁, то

T₂/T₁ = √(m₂/m₁) = √4 = 2.

Відповідь: період коливань збільшиться у 2 рази.

Задача 6

Виконай завдання за симуляціями 8.2, 8.3 в е-додатку.

Потрібен зовнішній матеріал. Редактор має перевірити завдання.
Неможливо виконати це завдання без доступу до симуляцій 8.2 і 8.3 з е-додатку, оскільки саме вони задають умову експерименту та потрібні вимірювання.

Дослідження 1

Експериментально дослідіть перетворення кінетичної та потенціальної енергій під час коливань маятника та перевірте виконання закону збереження механічної енергії, сформулювавши власну гіпотезу й використавши маятник на нитці, штатив і вимірювальні прилади.

Приклад результатів досліду (умовні дані):

Гіпотеза: якщо опором повітря знехтувати, маятник підніматиметься приблизно на ту саму висоту, з якої його відпустили, тобто механічна енергія майже зберігається.

  1. Проведення досліду: маятник відводили на висоту h₁ від найнижчої точки й відпускали без поштовху, а потім вимірювали висоту h₂ з протилежного боку. Дослід повторили кілька разів.

Таблиця вимірювань:

№Початкова висота h₁, смКінцева висота h₂, см
11514
2109,5

У кожній спробі h₂ трохи менша за h₁, що показує невеликі втрати енергії на тертя та опір повітря.

  1. Відповіді на запитання та висновки:
  • Потенціальна енергія маятника максимальна у верхніх крайніх точках траєкторії й мінімальна (практично нульова відносно вибраного рівня) у найнижчій точці.
  • Кінетична енергія максимальна в найнижчій точці траєкторії й мінімальна (дорівнює нулю) в крайніх точках, де маятник миттєво зупиняється.
  • Під час руху з верхньої точки вниз потенціальна енергія перетворюється на кінетичну; у найнижчій точці майже вся енергія — кінетична. Далі при русі вгору кінетична енергія знову переходить у потенціальну.
  • Якби дослід проводили у вакуумі й без тертя в підвісі, висоти h₁ і h₂ були б практично однаковими, оскільки не було б втрат енергії.
  • Отримані дані (h₂ трохи менша за h₁, але близька до неї) показують, що механічна енергія маятника в основному зберігається, а невелика різниця пояснюється втратами на опір повітря та тертя в точці підвісу.

Загальний висновок: у системі маятник–Земля відбувається взаємне перетворення потенціальної та кінетичної енергій; за незначного тертя повна механічна енергія практично зберігається, що узгоджується із законом збереження механічної енергії.