Пружинный маятник
Пружинный маятник — это груз, прикреплённый к пружине, который может совершать колебания около положения равновесия. При отклонении груза пружина деформируется и создаёт силу, возвращающую груз к равновесию.
Сначала полезно повторить, что такое колебательное движение. В горизонтальном пружинном маятнике груз движется по прямой, а пружина попеременно растягивается и сжимается. В вертикальном маятнике положение равновесия смещено вниз из-за силы тяжести: в нём сила упругости уравновешивает вес груза.
Если сопротивлением воздуха и трением пренебречь, колебания пружинного маятника являются гармоническими. Их причина описывается законом Гука для пружины: чем больше отклонение, тем больше возвращающая сила. Период колебаний зависит от массы груза и жёсткости пружины, но не зависит от амплитуды при малых колебаниях.
Из формулы видно: при увеличении массы период возрастает, а при увеличении жёсткости пружины уменьшается. Подробное объяснение этой зависимости дано на странице «Период пружинного маятника».
Если массу груза увеличить в 4 раза, период изменится в \(\sqrt{4}=2\) раза: колебания станут вдвое медленнее. Если жёсткость увеличить в 4 раза, период уменьшится в 2 раза.
Пружинный маятник отличается от математического маятника. У пружинного маятника возвращающая сила связана с деформацией пружины, а у математического маятника — с отклонением подвешенного груза под действием силы тяжести.
Как изменится период пружинного маятника, если массу груза увеличить в 9 раз?
Главное
- Пружинный маятник — груз на пружине, совершающий колебания около положения равновесия.
- Для идеального маятника период определяется формулой \(T=2\pi\sqrt{m/k}\); он растёт с массой и уменьшается с жёсткостью.
- Не следует путать пружинный маятник с математическим: у них разные причины возвращающей силы.