Чтобы найти жёсткость пружины (k), воспользуемся формулой для периода колебаний пружинного маятника:
\[ T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} \]
где:
- \( T \) — период (в секундах),
- \( m \) — масса груза (в килограммах),
- \( k \) — жёсткость пружины (в Н/м).
В нашей задаче известно, что:
- \( T = 4 \, \text{с} \),
- \( m = 5 \, \text{кг} \).
Сначала преобразуем формулу для нахождения жёсткости \( k \):
\[ T^2 = 4\pi^2 \frac{m}{k} \] \[ k = 4\pi^2 \frac{m}{T^2} \]
Теперь подставим известные значения:
\[ k = 4\pi^2 \frac{5}{4^2} \] \[ = 4\pi^2 \frac{5}{16} \] \[ = \frac{\pi^2 \cdot 5}{4} \]
Теперь вычислим значение \( k \):
Сначала найдем \( \pi^2 \):
\[ \pi \approx 3.14 \] \[ \pi^2 \approx 9.86 \]
Теперь подставим:
\[ k \approx \frac{9.86 \cdot 5}{4} \approx \frac{49.3}{4} \approx 12.325 \]
Окончательный ответ:
\( k \approx 12.33 \, \text{Н/м} \)
Таким образом, жёсткость пружины составляет примерно 12.33 Н/м.