5

Решение: Колебания грузов на пружинах

ЕГЭ · Физика · Задание 5 · Колебания и волны
ПовышеннаяФИПИC1C6AEНесколько вариантов≈ 4 минутыРазбор в 5 шаговОтвет сверен с ключом
Условие

На рисунке приведены зависимости координат $x$ двух грузов 1 и 2 от времени $t$ в процессе их малых колебаний на гладкой горизонтальной плоскости. Грузы имеют одинаковую массу $m$ и прикреплены к пружинам жёсткостью $k_1$ (груз 1) и жёсткостью $k_2$ (груз 2). Колебания груза 1 обозначены сплошной линией, груза 2 — пунктиром. Выберите все верные утверждения о движении грузов.

Иллюстрация к условию

Графики координат двух грузов в зависимости от времени. Саму картинку ещё готовим — у остальных задач темы она на месте.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

По графику максимумы сплошной и пунктирной кривых повторяются через одинаковые промежутки времени, поэтому периоды грузов равны.

$$T_1=T_2$$
2

Период колебаний груза на пружине определяется формулой $T=2\pi\sqrt{m/k}$. При одинаковых массах и периодах жёсткости пружин одинаковы.

$$T_1=T_2 \Rightarrow k_1=k_2$$
3

Амплитуда груза 1 равна $2\,\text{см}$, а амплитуда груза 2 — $1\,\text{см}$, поэтому амплитуды не одинаковы.

$$A_1=2A_2$$
4

Максимальная кинетическая энергия равна полной энергии колебаний: $E_{k\,\max}=\frac12 kA^2$. Так как жёсткости одинаковы, отношение энергий определяется квадратом отношения амплитуд.

$$\frac{E_{k1\,\max}}{E_{k2\,\max}}=\frac{k_1A_1^2}{k_2A_2^2}=\frac{(2A_2)^2}{A_2^2}=4$$

Максимальные потенциальные энергии также относятся как квадраты амплитуд, поэтому они не одинаковы.

Ответ
15
15
так ответ выглядит в бланке

Где здесь ошибаются

Считать, что одинаковые периоды означают одинаковые амплитуды.

Сравнивать максимальные энергии только по амплитудам, не учитывая жёсткость пружин.

Забывать, что энергия колебаний пропорциональна квадрату амплитуды.

Закрепить приёмВ теме «Колебания и волны» ещё 168 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 5 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Колебания и волны»: в ней 169 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.