Решение на момент правки #12271 от , автор astrosander. Это не текущая версия.

Условие

3.2.27∗. Возможны два типа линейных колебаний молекулы углекислого газа: а) ядра кислорода движутся в противоположные стороны, а ядро углерода остается на месте; б) ядра кислорода движутся с одинаковыми скоростями в направлении, противоположном направлению движения ядра углерода. Определите отношение частот этих колебаний.

К задаче $3.2.27^*.$
К задаче

Решение

Обозначим жесткость пружинок модели молекулы , массу шариков - атомов кислорода и массу шарика - атома углерода ().

Совершая колебания типа а), оба атома кислорода колеблются синхронно относительно неподвижного атома углерода. Эго связано с тем, что в силу симметрии колебании атомов кислорода на атом углерода в любой момент действуют с обеих сторон равные по абсолютной величине и противоположно направленные силы, которые "уравновешивают" друг друга. Поэтому в случае а) атомы кислорода совершают свободные колебания, период которых равен

При колебаниях типа б) на атом углерода действуют равные по абсолютной величине силы, по направлены они в одну к ту же сторону. Если шарик - атом углерода разбить на две равные части, то ясно, что они будут колебаться как одно целое: на них всегда действуют равные силы и, следовательно, шарики-половинки и любой момент будут иметь одинаковые ускорения, скорости и координаты. Частота колебаний молекулы , равна чистоте колебаний системы, состоящей из атома кислорода и половины атома углерода. Таким образом, задача сводится к определению периода колебании соединенных пружинкой шариков массы и . Такие шарики колеблются около неподвижного центра масс системы. Если длина пружинки в нерастянутом состоянии равна , то центр масс системы находится на расстоянии от шарика массы . Поэтому можно считать, что шарик массы (атом кислорода) колеблется относительно центра масс на пружинке длины

Жесткость части пружинки больше жесткости целой пружинки. Так как жесткость обратно пропорциональна отношению длины этой части к длине целой пружины, то жесткость части пружинки

Период колебаний шарика массы на пружинке жесткости равен

б

ба

Так как , то:

ба

Следовательно, отношение частот:

ба

Ответ

ба.