Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»

marthasg._ правка от
правка #20137 предыдущая #20136 ← раньше позже →
@@ -1,38 +1,31 @@
### Условие
−$3.4.18.$ [Вставьте условие задачи]
+$3.4.18.$ Малые колебания маятников, связанных пружиной, происходят по закону $x_1 = B \cos ( \omega_0 t + \varphi) + A \cos( \omega t ), \ x_2 = B \cos( \omega_0 t + \varphi ) - A \cos( \omega t )$ . Определите жесткость пружины, связывающей маятники. В положении равновесия маятники вертикальны, масса каждого шарика $m$.
### Решение
−\begin{gather*}
−\text{Общее решение представляет собой суперпозицию } \\
−\text{ двух нормальных мод (симметричная и антисимметричная)}
−\\
−\text{ 1) Симметричная мода (частота } \omega_0):
−\text{ Маятники движутся синфазно,} \\ x_{1}= x_{2}= B \cos(\omega_0 t + \varphi ) \text{ - пружина при этом не деформируется, } \\
−\text{значит её жесткость не влияет на частоту, и} \ \omega_0 \text{ — это просто частота } \\
−\text{одиночного маятника:}
−\omega_0 = \sqrt{\frac{g}{l}} . \\
−\\
−2) \text{ Антисимметричная мода (частота } \omega): \text{Маятники движутся в } \\
−\text{противофазе,} \ x_1 = x_2 = A \cos( \omega t ) \ \text{ - пружина растягивается /} \\
−\text{сжимается на удвоенное смещение, и её сила добавляется к возвращающей силе.} \\
−\\
−\text{Уравнение движения для двух одинаковых маятников ( масса m, и длина l),} \\
−\text{связанных пружиной жёсткости k (точки крепления пружины совершают } \\
−\text{такие же перемещения } \ x_1 , x_2 , \text{ что и грузы) :} \\
−\\
−m \ddot{x}_1 = - \frac{mg}{l} x_1 - k(x_1 - x_2), \ \ \ m \ddot{x}_2 = -\frac{mg}{l} x_2 - k(x_2 - x_1) \\
−\\
−\text{Подставим антисимметричную моду} \ x_1 = -x_2 = x : \\
−\\
−m \ddot{x} = - \frac{mg}{l} x - 2 k x \ \Rightarrow \ \omega^2 = \frac{g}{l} + \frac{2k}{m} = \omega_0^2 + \frac{2k}{m} \\
−\\
−\text{Отсюда жёсткость пружины : } \\
−\\
−k = \dfrac{m ( \omega^2 - \omega_0^2 ) }{2} \
−\end{gather*}
+Общее решение представляет собой суперпозицию двух нормальных мод (симметричная и антисимметричная).
+
+1) Симметричная мода (частота $\omega_0$):
+Маятники движутся синфазно, $x_1 = x_2 = B \cos(\omega_0 t + \varphi)$ — пружина при этом не деформируется, значит её жесткость не влияет на частоту, и $\omega_0$ — это просто частота одиночного маятника:
+$\omega_0 = \sqrt{\frac{g}{l}}$
+
+2) Антисимметричная мода (частота $\omega$):
+Маятники движутся в противофазе, $x_1 = -x_2 = A \cos(\omega t)$ — пружина растягивается / сжимается на удвоенное смещение, и её сила добавляется к возвращающей силе.
+
+Уравнение движения для двух одинаковых маятников (масса $m$ и длина $l$), связанных пружиной жёсткости $k$ (точки крепления пружины совершают такие же перемещения $x_1, x_2$, что и грузы):
+$$ \ddot{x}_1 = -\frac{mg}{l} x_1 - k(x_1 - x_2)$$
+$$m \ddot{x}_2 = -\frac{mg}{l} x_2 - k(x_2 - x_1)$$
+
+Подставим антисимметричную моду $x_1 = -x_2 = x$:
+
+$$m \ddot{x} = -\frac{mg}{l} x - 2kx \ \Rightarrow \ \omega^2 = \frac{g}{l} + \frac{2k}{m} = \omega_0^2 + \frac{2k}{m}$$
+
+Отсюда жёсткость пружины:
+$$k = \frac{m(\omega^2 - \omega_0^2)}{2}$$
+
+
#### Ответ
+$$[ k = \dfrac{m ( \omega^2 - \omega_0^2 ) }{2} ]$$
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]