РУҚА
20

Решение: Колебания груза на жгуте

ЕГЭ · Физика · Задание 20 · Колебания и волны
ВысокаяФИПИD2144AНесколько вариантов≈ 5 минутРазбор в 4 шагаОтвет сверен с ключом
Условие

Опытным путём установили зависимость модуля силы упругости резинового жгута $F$ от удлинения $x$, изображённую на графике. Частота малых вертикальных свободных колебаний груза массой $m$, подвешенного на резиновом жгуте, равна $\nu_0$. Выберите два утверждения, которые соответствуют результатам опыта.

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

4 шага
1

Если бы выполнялся закон Гука, график зависимости $F(x)$ был бы прямой линией, проходящей через начало координат. По графику зависимость нелинейна, поэтому утверждение 1 неверно.

$$F = kx$$
2

При удлинении $x_0$ сила упругости равна $mg$. Для линейной зависимости при силе $4mg$ получилось бы удлинение $4x_0$. Однако по графику при $F = 4mg$ удлинение больше этого значения.

$$x > 4x_0$$
3

Жёсткость жгута при данном удлинении определяется наклоном графика $F(x)$. В области силы $4mg$ наклон меньше, чем в области начального равновесия, поэтому эффективная жёсткость $k_4 < k_0$.

$$k_4 < k_0$$

Для груза массой $m$ частота равна $\nu_0 = \dfrac{1}{2\pi}\sqrt{\dfrac{k_0}{m}}$. Для груза массой $4m$ частота равна $\nu = \dfrac{1}{2\pi}\sqrt{\dfrac{k_4}{4m}}$, поэтому она меньше $\dfrac{\nu_0}{2}$.

$$\nu = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k_4}{4m}} < \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k_0}{4m}} = \frac{\nu_0}{2}$$
Ответ
34
34
так ответ выглядит в бланке

Где здесь ошибаются

Считать, что при увеличении силы в четыре раза удлинение всегда увеличивается ровно в четыре раза.

Использовать постоянную жёсткость вместо локального наклона графика $F(x)$.

При увеличении массы в четыре раза забыть, что частота уменьшается в два раза даже при неизменной жёсткости.

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

Как решать задание 20 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: 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.