Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
1027
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
4.42 Mб
Скачать

Обозначения, использованные в главе 6

401

ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ В ГЛАВЕ 6

А— амплитуда

kG

— коэффициент упругости

k

волновой вектор

m

масса

A— длина

vх,

dx

 

— проекция скорости

dt

 

 

 

 

ах,

d 2 x

— проекция ускорения

dt

2

 

 

g— ускорение свободного падения

i G

— мнимое число

F

— сила

μ

— коэффициент трения

 

статическая деформация

r

коэффициент сопротивления среды

t— время

τ— время релаксации

ω— циклическая (круговая) частота

Ω, Ωрез — циклическая частота вынужденных колебаний, резонансная частота

ν — частота

Т— период

ε— угловое ускорение

ϕ— угловое смещение, фаза колебания

ϕ0

— начальный сдвиг фазы

β— коэффициент затухания

λ — логарифмический декремент затухания, длина волны

N— число колебаний

Mz

— момент силы относительно оси z

Iz

— момент инерции относительно оси z, интенсивность

 

 

волны

Wк

кинетическая энергия

Wп

потенциальная энергия

W— полная энергия

ρ— плотность материала

402

Глава 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

u — фазовая скорость распространения волны в среде S — площадь поперечного сечения

Е— модуль Юнга

G — модуль сдвига, гравитационная постоянная γ — коэффициент Пуассона

h— плечо

R

радиус Земли

uG

скорость распространения волны

ТЕСТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ЭКЗАМЕНА

Собственные незатухающие колебания

Т6.1 Если материальная точка, совершающая гармоническое колебание с периодом 24 с и нулевой начальной фазой, смещается от положения равновесия до половины амплитуды, то время смеще-

ния равно

 

 

 

 

1) 1,5 с

2) 2 с

3) 2,5 с

4) 3 с

5) 3,4 с

Т6.2 Если начальная фаза гармонического колебания равна нулю, то какую долю периода скорость точки будет равна половине ее мак-

симальной скорости?

 

 

 

1) 0,5 Т

2) 0,25 Т

3) 0,2 Т

4) 0,67 Т

5) 0,125 Т

Т6.3 Если амплитуда гармонического колебания — 5 см, период — 4 с, то максимальная скорость колеблющейся точки равна

1)0,0225 м/с 2) 0,0345 м/с3) 0,0535 м/с 4) 0,0785 м/с 5) 0,0865 м/с Т6.4 Если уравнение движения материальной точки описывается

уравнением x = 2sin(

π t +

π ) см, то период колебаний равен

 

 

2

4

 

 

1) 1,8 с

2) 2,5 с

 

3) 4 с

4) 4,2 с

5) 5,3 с

Т6.5 Если уравнение движения материальной точки описывает-

ся уравнением x = 2sin( π t +

π )

см, то ее максимальное ускорение

равно

2

4

 

 

 

 

1) 0,0493 м/с2

2) 0,0454 м/с2

3) 0,0395 м/с2

4) 0,0342 м/с2

5) 0,0285 м/с2

 

Т6.6 Если материальная точка совершает гармоническое коле-

бание согласно уравнению x = 5sin

39, 2t + 5, 2

см, то частота коле-

5

 

баний равна

 

 

 

 

 

 

 

1) 1 Гц

2) 1,25 Гц 3) 1,85 Гц

4) 2 Гц

5) 2,45 Гц

Тесты для электронного экзамена

403

Т6.7 Если амплитуда гармонических колебаний 5 см, циклическая частота — 2 рад/с, начальная фаза — 0, то при скорости 8 см/с, ускорение точки в тот же момент времени равно 1) 8 см/с2 2) 10 см/с2 3) 12 см/с2 4) 14 см/с2 5) 16 см/с2

Пружинный маятник

Т6.8 Если под действием груза пружина маятника удлинилась на 9 см, то период колебаний маятника, совершающего гармонические

колебания, будет равен

 

 

 

1) 1,5 с

2) 1,2 с

3) 1 с

4) 0,8 с

5) 0,6 с

Т6.9 Если при амплитуде 5 см максимальная кинетическая энергия пружинного маятника равна 1 Дж, то коэффициент упругости пружины равен 1) 805 Н/м 2) 890 Н/м 3) 920 Н/м 4) 950 Н/м 5) 980 Н/м

Т6.10 Если в пружинном маятнике, совершающем вертикальные колебания, медный шарик заменить алюминиевым такого же радиу-

са, то период колебания уменьшится в

 

 

1) 0,8 раз

2) 1,2 раза 3) 1,6 раз

4) 1,8 раз

5) 2 раза

Т6.11 Если коэффициент упругости пружины маятника 400 Н/м, и он проходит положение равновесия со скоростью 1 м/с, будучи выведенным из этого положения на расстояние 4 см, то масса гру-

за равна

 

 

 

 

1) 0,560 кг

2) 0,80 кг

3) 0,620 кг

4) 0,640 кг

5) 0,700 кг

Т6.12 Если пружины с коэффициентами упругости 4 Н/м и 6 Н/м соединить последовательно, то коэффициент упругости системы пру-

жин равен

 

1) 10 Н/м

2) 0,42 Н/м 3) 2,4 Н/м 4) 0,1 Н/м 5) 3,2 Н/м

Т6.13 Если пружины с коэффициентами упругости 8 Н/м и 4 Н/м соединить параллельно, то коэффициент упругости системы пру-

жин равен

 

1) 12 Н/м

2) 0,37 Н/м 3) 2,67 Н/м 4) 0,08 Н/м 5) 5,6 Н/м

Т6.14 Если дифференциальное уравнение колебательного движения груза массой m = 0,5 кг, подвешенного к пружине, имеет вид

 

d 2 x

+ 60x

= 0 , то коэффициент упругости пружины равен

 

dt2

 

 

 

 

 

1) 22 Н/м

2) 28 Н/м 3) 30 Н/м

4) 34 Н/м

5) 38 Н/м

404

Глава 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Т6.15 Если дифференциальное уравнение колебательного движения груза, подвешенного к пружине, коэффициент упругости кото-

рого 150 Н/м, имеет вид d 22x + 20x = 0 , то масса груза равна dt

1) 6 кг 2) 6,5 кг 3) 7,1 кг 4) 7,5 кг 5) 7,7 кг

Математический маятник

Т6.16 Если в неподвижном лифте период колебаний математического маятника равен 1 с, а в движущемся — 1,1 с, то ускорение дви-

жения лифта равно

 

 

 

1) 0,12 g

2) 0,17 g

3) 0,2 g

4) 0,24 g

5) 0,28 g

Т6.17 При какой скорости поезда математический маятник длиной 11см, подвешенный в вагоне, имеет максимальную амплитуду колебаний, если длина рельсов равна 12,5 м?

1) 58,4 км/час

2) 62,6 км/час

3) 64,4 км/час

4) 67,5 км/час

5) 72,3 км/час

 

Т6.18 Если частота колебаний математического маятника, установленного на теплоходе, плывущего со скоростью 20 км/час и проходящего расстояние 800 км, составляет 1 Гц, то количество колеба-

ний маятника, равно

 

 

1) 125 · 103

2) 130 · 103 3) 136 · 103

4) 140 · 103

5) 144 · 103

Т6.19 Если маятниковые часы, идущие точно на уровне моря, поднять на высоту, равную радиусу Земли, то их отставание в сутки со-

ставит

 

 

 

 

1) 0 ч

2) 6 ч

3) 12 ч

4) 18 ч

5) 20 ч

Т6.20 Если период колебаний маятника на Земле Тз, то период ко-

лебаний того же маятника на Луне равен

 

1) 0,8Тз

2) 1,5Тз

3) 2,2Тз

4) 2,45Тз

5) 2,8Тз

Т6.21 Период колебаний математического маятника в ракете, поднимающейся вертикально вверх, стал в два раза меньше, чем на Земле. Считая ускорение свободного падения постоянным и равным g,

определить ускорение ракеты

 

 

1) 1,5 g

2) 2 g

3) 2,4 g

4) 3 g

5) 3,6 g

Т6.22 Если один математический маятник имеет период 3 с, а другой — 4 с, то период колебаний математического маятника, длина ко-

торого равна сумме длин указанных маятников, равен

 

1) 2,6 с

2) 3,8 с

3) 4,5 с

4) 5,0 с

5) 5,4 с

Тесты для электронного экзамена

405

Физический маятник

Т6.23 Если тонкий обруч радиусом 30 см, подвешенный на гвоздь, вбитый горизонтально в стену, колеблется в плоскости, параллель-

ной стене, то период колебаний такого обруча равен

 

1) 1,2 с

2) 1,35 с

3) 1,46 с

4) 1,55 с

5) 1,72 с

Т6.24 Физический маятник в виде тонкого прямого стержня длиной 1,2 м колеблется около горизонтальной оси, перпендикулярной стержню и проходящей через точку, удаленную на некоторое расстояние d от центра тяжести стержня. При каком значении d период ко-

лебаний имеет наименьшее значение?

 

 

1) 0,24 м

2) 0,28 м

3) 0,32 м

4) 0,35 м

5) 0,38 м

Т6.25 Если диск радиусом 24 см совершает колебательное движение около горизонтальной оси, проходящей через середину одного из радиусов, перпендикулярно к плоскости диска, то период колеба-

ния такого диска равен

 

 

 

1) 1,2 с

2) 1,5 с

3) 1,86 с

4) 2,3 с

5) 2,52 с

Т6.26 На невесомом стержне длиной 30 см закреплены два одинаковых шарика — один в середине стержня, другой на одном из его концов. Если стержень с шариками совершает колебательное движение относительно горизонтальной оси, проходящей через свободный конец стержня, то период колебаний такой системы равен 1) 0,54 с 2) 0,7 с 3) 0,86 с 4) 1,0 с 5) 1,2 с

Затухающие колебания

Т6.27 Если затухающие колебания материальной точки описываются уравнением x = Ae0,2t sin(0,5t + ϕ0 ) , м, то при отсутствии сил со-

противления циклическая частота свободных колебаний равна

1)0,488 рад/с 2) 0,51 рад/с 3) 0,521 рад/с 4) 0,530 рад/с 5) 0,539 рад/с Т6.28 Если уравнение затухающих колебаний дано в виде

x = 5e0,25t sin

π t , м, то скорость колеблющейся точки в момент вре-

 

2

мени, равном четырем периодам, равна

1) 0,12 м/с

2) 0,14 м/с 3) 0,18 м/с 4) 0,23 м/с 5) 0,3 м/с

Т6.29 Если амплитуда затухающих колебаний маятника за 5 мин уменьшилась в два раза, то время, за которое амплитуда уменьшит-

ся в восемь раз, равно

 

 

1) 10 мин

2) 13 мин 3) 15 мин

4) 17 мин

5) 19 мин

406 Глава 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Т6.30 Если за 8 мин амплитуда затухающих колебаний маятника уменьшилась в три раза, то коэффициент затухания равен

1) 1,8 · 10–3 1/с

2) 2,0 · 10–3 1/с

3) 2,1 · 10–3 1/с

4) 2,3 · 10–3 1/с

5) 2,6 · 10–31/с

 

Т6.31 Если амплитуда колебаний маятника длиной 1 м за 10 мин уменьшилась в два раза, то логарифмический декремент затухания

равен

 

 

1) 1,64 · 10–3

2) 1,85 · 10–3

3) 2,18 · 10–3

4) 2,31 · 10–3

5) 2,5 · 10–3

 

Т6.32 Гиря массой m = 500 г, подвешенная к спиральной пружине с коэффициентом упругости k = 20 Н/м, совершает упругие колебания в некоторой среде. Логарифмический декремент затухания λ = 0,004. Если амплитуда колебаний уменьшилась в два раза, то чис-

ло колебаний, совершенное системой, равно

 

 

1)

173

 

 

 

 

 

 

2)

184

3)

190

4)

202

5)

208

 

Т6.33 Если дифференциальное уравнение движения груза име-

ет вид m

d 2 x

+ 4

dx

+ 2x = 0 , то движение будет апериодическим при

dt

2

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

массе груза, равной

 

 

 

 

 

 

1)

0,6 кг

 

 

 

 

 

2)

0,8 кг

3)

1,2 кг

4)

1,6 кг

5)

2,0 кг

 

Т6.34 Если дифференциальное уравнение движения груза имеет

вид

d

2 x

+ 6

 

dx

+ 50x = 0 , то период затухающих колебаний равен

dt2

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

0,981 с

 

 

 

 

2)

1,0 с

3)

1,225 с

4)

1,446 с

5)

1,5 с

 

Т6.35 Если затухающие колебания пружинного маятника массой

10 кг описываются уравнением x = Ae0,8t

sin(4t + ϕ0 ) м, то коэффи-

циент упругости равен

 

 

 

 

 

 

1)

80 Н/м

 

 

 

2)

100 Н/м

3)

120 Н/м

4)

148 Н/м

5)

166 Н/м

 

Т6.36 Если затухающие колебания описываются уравнением

x = 6e0,3t

sin(8t + 0,3) , м, то период затухающих колебаний точки

равен

 

 

 

1) 0,578 с

2) 0,685 с 3) 0,785 с

4) 0,842 с

5) 0,944 с

Вынужденные колебания

Т6.37 Если на тело массой 10 кг, подвешенное к пружине с коэффициентом упругости 150 Н/м и погруженное в среду с коэффициентом сопротивления 8 кг/с, действует вертикальная возмущающая сила F = 10sin Ωt , то амплитуда вынужденных колебаний равна

Тесты для электронного экзамена

 

407

1) 0,154 м

2) 0,240 м 3) 0,300 м

4) 0,324 м

5) 0,348 м

Т6.38 Если дифференциальное уравнение колебательного движения пружинного маятника, на который действует периодическая воз-

мущающая сила 60 Н, имеет вид

 

 

 

d 2 x

 

+ 2β

dx

+ ω2 x = 1,5sin 52t,

 

 

 

dt2

dt

 

 

 

 

0

 

 

 

то масса груза равна

 

 

 

1) 25 кг

 

2) 36 кг

3) 40 кг

4) 48 кг

5) 52 кг

Т6.39 Если дифференциальное уравнение колебательного движения пружинного маятника, на который действует периодическая возмущающая сила с амплитудой 80 Н, имеет вид

d 2 x

+ 16x = 20sin(6t + 0, 7) ,

 

 

dt2

 

 

 

 

 

 

то коэффициент упругости пружины равен

 

1) 58 Н/м

2) 60 Н/м 3) 64 Н/м

4) 68 Н/м

5) 72 Н/м

Т6.40 Если на пружинный маятник с коэффициентом упругости 5 Н/м и массой 2 кг действует периодическая возмущающая сила амплитуда 45 Н и система погружена в вязкую среду с коэффициентом сопротивления 2 кг/с, то резонансная амплитуда равна 1) 1,2 м 2) 1,6 м 3) 1,8 м 4) 2,00 м 5) 2,2 м

Т6.41 Если дифференциальное уравнение колебательного движе-

ния груза массой 12 кг имеет вид

 

 

 

d 2 x

+ 8

dx

+ 60x = 15sin 3t ,

 

 

 

dt2

dt

 

 

 

 

 

 

 

то коэффициент сопротивления r равен

 

1) 88 кг/с

 

2) 90 кг/с 3) 94 кг/с

4) 96 кг/с

5) 98 кг/с

Т6.42 Если дифференциальное уравнение колебательного движе-

ния груза массой 3 кг имеет вид

 

 

 

d 2 x

+ 4

dx

+ 30x = 15sin 8t .

 

 

 

 

dt2

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то максимальное значение вынуждающей силы равно

1) 30 Н

 

 

2) 40 Н

3)

45 Н

4) 50 Н

5) 55 Н

Т6.43 Если дифференциальное уравнение колебательного движения груза массой 5 кг имеет вид

 

d 2 x

+ 6

dx

+ 40x = 5sin15t ,

 

dt2

dt

 

 

 

то коэффициент упругости пружины равен

1) 200 Н/м

 

2) 220 Н/м 3) 240 Н/м 4) 260 Н/м 5) 280 Н/м

408 Глава 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Т6.44 Если дифференциальное уравнение колебаний груза име-

ет вид

 

 

 

 

 

 

d 2 x

+ 6

dx

+ 30x = 4sin 2t ,

 

 

 

dt2

dt

 

 

 

 

 

 

 

то амплитуда вынужденных колебаний равна

 

1) 0,088 м

 

2) 0,096 м 3) 0,124 м

4) 0,130 м

5) 0,140 м

Т6.45 Если амплитуда пружинного маятника массой 50 кг под действием периодической возмущающей силы F = 200sin10t принимает значение 0,04 м, то коэффициент упругости пружины равен 1) 6 кН/м 2) 8 кН/м 3) 10 кН/м 4) 12 кН/м 5) 14 кН/м

Т6.46 Если на тело массой 0,1 кг, подвешенное к пружине с коэффициентом упругости 0,5 Н/см, действует вертикальная возмущающая сила F = 0,3sin t , то амплитуда вынужденных колебаний равна 1) 6,01 мм 2) 6,34 мм 3) 6,45 мм 4) 6,76 мм 5) 6,90 мм

Т6.47 Если затуханием пренебречь, а амплитуды вынужденных колебаний при частотах 100 Гц и 700 Гц равны между собой, то резо-

нансная частота равна

 

 

 

1) 200 Гц

2) 250 Гц

3) 300 Гц

4) 400 Гц

5) 450 Гц

Механические волны

Т6.48 Если модуль упругости гранита — 45 ·109 Н/м2, плотность гранита — 2,7 · 103 кг/м3, то скорость продольных волн в граните равна 1) 3700 м/с 2) 3800 м/с 3) 3900 м/с 4) 4100 м/с 5) 4200 м/с

Т6.49 Если уравнение волны, распространяющейся со скоростью 340 м/с, задается уравнением то скорость точки через 1 с, находящейся на расстоянии S = 340 м от источника, равна

1) 1,20 · 104 м/с

2) 1,35 · 104 м/с

3) 1,44 · 104 м/с

4) 1,57 · 1 04 м/с

5) 1,83 · 104 м/с

 

Т6.50 Если поперечная волна распространяется вдоль упругого шнура со скоростью 15 м/с и периодом 1,2 с, то разность фаз Δϕ колебаний двух точек, лежащих на шнуре и отстоящих от источника

волн на расстояниях 20 м и 30 м, равна

 

 

 

1) 0,91 π

2) 1,11 π

3) 1,56 π

4) 1,86 π

5) 1,94 π

Т6.51 Если рояльная струна имеет длину 1,1

м и массу 0,009 кг, то

сила натяжения струны при частоте колебания

131 Гц, равна

1) 525 Н

2) 587 Н

3) 679 Н

4) 732 Н

5) 835 Н

Задачи для контрольных работ

409

Т6.52 Если волна, имеющая длину 0,5 м, движется вдоль провода длиной 300 м, массой 30 кг при силе натяжения 4000 Н, то скорость

распространения волны равна

 

 

1) 125 м/с

2) 130 м/с 3) 145м/с

4) 175м/с

5) 200 м/с

Т6.53 Если сила натяжения веревки массой 0,85 кг, натянутой между двумя опорами, находящимися на расстоянии 30 м друг от друга, составляет 1950 Н, то время распространения импульса от одной

опоры до другой равно

 

 

 

1) 0,114 с

2) 0,130 с

3) 0,146 с

4) 0,158 с

5) 0,161 с

Т.6.54 Если модуль объемной упругости воды — 2 ·109 Н/м2, плотность воды — 103 кг/м3, то скорость продольных волн в воде равна 1) 1370 м/с 2) 1400 м/с 3) 1550 м/с 4) 1750 м/с 5) 2000 м/с

ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Сложение колебаний

6.1

Движение точки описывается уравнениями

x = A cos (ωt + ϕ0), y = A sin (ωt + ϕ0), z = Bt.

Найти уравнение, описывающее траекторию движения точки, путь, пройденный точкой за 2 с, если при t0 = 0, x0 = 0,2 м, y0 = 0, В = 0,1 м/с. Циклическая частота ω = π/2 рад/с.

6.2

Материальная точка участвует в двух взаимно перпендикулярных колебаниях

х = А1 sin ω1t, у = А2 соs ω2t,

где А1 = 3 см, ω1 = 1 рад/с; А2 = 2 см, ω2 = 1 рад/с. Найти уравнение траектории точки.

6.3

Точка совершает одновременно два гармонических колебания, происходящих по взаимно перпендикулярным направлениям

х = А1 sin ω1t, у = А2 соs 2ω2t,

где А1 = 4 см, ω1 = 1 рад/с, А2 = 6 см, ω2 = 1 рад/с. Найти уравнение траектории точки и построить график.

6.4

Точка участвует одновременно в двух взаимно перпендикулярных колебаниях

410

Глава 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

х = 2 sin ωt,

y = 2 cos ωt.

Найти траекторию движения точки.

6.5

Движение материальной точки в плоскости задано уравнениями х = А1 sin ωt, у = А2 sin (ωt + π),

где А1 = 2 · 10–2 м, А2 = 4 · 10–2 м. Получить уравнение траектории и начертить график.

6.6

Материальная точка движется так, что координаты ее заданы уравнениями

х = А1 sin ω1t, у = А2 соs 2ω1t,

где А1 = 4 см, ω1 = 1 рад/с, А2 = 6 см. Найти уравнение траектории и построить график.

6.7

Координаты точки изменяются со временем по законам х = А sin ωt, у = В sin 2ωt,

где А = 10 м, ω = 3 рад/с, B = 5 м. Найти траекторию движения точки и построить график.

6.8

Складываются два колебания, совпадающие по направлению, х1 = соs πt, х2 = соs π(t + 0,5).

Определить амплитуду и начальную фазу результирующего колебания, а также написать его уравнение. Начертить векторную диаграмму сложения амплитуд.

6.9

Складываются два гармонических колебания, совпадающие по направлению и выражаемые уравнениями

х1 = sin πt; х2 = соs πt.

Определить амплитуду и начальную фазу результирующего колебания, написать его уравнение и дать векторную диаграмму сложения амплитуд.

6.10

Точка участвует одновременно в двух колебаниях х1 = 2 sin ωt, х2 = соs 2ωt.

Найти траекторию движения точки, начертить ее с соблюдением масштаба.