| ### Условие: | | ### Условие: |
| | | |
| $3.2.34.$ Вертикальная перегородка в высоком сосуде разделяет его на две сообщающиеся части с разными сечениями. Найдите период малых колебаний жидкости, считая, что свободная поверхность ее в каждой части сосуда остается горизонтальной. Глубина жидкости в состоянии равновесия равна $H$. | | $3.2.34.$ Вертикальная перегородка в высоком сосуде разделяет его на две сообщающиеся части с разными сечениями. Найдите период малых колебаний жидкости, считая, что свободная поверхность ее в каждой части сосуда остается горизонтальной. Глубина жидкости в состоянии равновесия равна $H$. |
| | | |
|  | |  |
| $$ | | $$ |
| | | |
| где \( \alpha \) — коэффициент, связанный с потенциальной энергией, \( \beta \) — коэффициент, связанный с кинетической энергией. | | где \( \alpha \) — коэффициент, связанный с потенциальной энергией, \( \beta \) — коэффициент, связанный с кинетической энергией. |
| | | |
| $$ | | $$ |
| E_k=\frac{m(\dot{x})^2}{2}+\frac{M(\dot{x}')^2}{2}\tag{2} | | E_k=\frac{m(\dot{x})^2}{2}+\frac{M(\dot{x}')^2}{2}\tag{2} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| где \( x \) — смещение уровня жидкости в одной из частей сосуда, \( x' \) — смещение уровня жидкости в другой части сосуда. | | где \( x \) — смещение уровня жидкости в одной из частей сосуда, \( x' \) — смещение уровня жидкости в другой части сосуда. |
| | | |
| Условие несжимаемости жидкости | | Условие несжимаемости жидкости |
| | | |
| $$ | | $$ |
| S_1x=S_2x'\Rightarrow x'=\frac{S_1x}{S_2}\tag{3} | | S_1x=S_2x'\Rightarrow x'=\frac{S_1x}{S_2}\tag{3} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Тогда кинетическая энергия | | Тогда кинетическая энергия |
| | | |
| $$ | | $$ |
| E_k=\frac{\rho HS_1(S_1+S_2)}{2S_2}(\dot{x}^2)\tag{4} | | E_k=\frac{\rho HS_1(S_1+S_2)}{2S_2}(\dot{x}^2)\tag{4} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Отсюда коэффициент, связанный с кинетической энергией | | Отсюда коэффициент, связанный с кинетической энергией |
| | | |
| $$ | | $$ |
| \beta =\fbox{$\frac{\rho HS_1(S_1+S_2)}{2S_2}$}\tag{5} | | \beta =\fbox{$\frac{\rho HS_1(S_1+S_2)}{2S_2}$}\tag{5} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Потенциальная энергия связана с изменением положения центра масс жидкости: | | Потенциальная энергия связана с изменением положения центра масс жидкости: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| E_p=mg\frac{x}{2}+MG\frac{x'}{2}\tag{5} | | E_p=mg\frac{x}{2}+MG\frac{x'}{2}\tag{5} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| где: | | где: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| m = \rho H S_1, \quad M = \rho H S_2.\tag{6} | | m = \rho H S_1, \quad M = \rho H S_2.\tag{6} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| подставляем в $(5)$ | | подставляем в $(5)$ |
| | | |
| $$ | | $$ |
| E_p=\frac{\rho gS_1x^2}{2}+\frac{S_1}{S_2}\rho gS_2\frac{x^2}{2}\tag{7} | | E_p=\frac{\rho gS_1x^2}{2}+\frac{S_1}{S_2}\rho gS_2\frac{x^2}{2}\tag{7} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Отсюда: | | Отсюда: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| \alpha =\fbox{$\frac{\rho gS_1(S_1+S_2)}{2S_2}$}\tag{8} | | \alpha =\fbox{$\frac{\rho gS_1(S_1+S_2)}{2S_2}$}\tag{8} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Подставляя найденные значения \( \alpha \) и \( \beta \) в уравнение периода $(1)$, получаем: | | Подставляя найденные значения \( \alpha \) и \( \beta \) в уравнение периода $(1)$, получаем: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| T=2\pi\sqrt{\frac{H}{g}}\tag{9} | | T=2\pi\sqrt{\frac{H}{g}}\tag{9} |
| $$ | | $$ |
| | | |
| #### Ответ: $T=2\pi\sqrt{\frac{H}{g}}$. | | #### Ответ: $T=2\pi\sqrt{\frac{H}{g}}$. |