Чтобы понять, как смена пружины повлияла на частоту колебаний пружинного маятника, воспользуемся формулой для расчёта частоты собственных колебаний:
\[ f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}} \]
где \( f \) — частота, \( k \) — жёсткость пружины, \( m \) — масса маятника.
Если частота уменьшилась в 4 раза, это означает, что новая частота \( f' \) равна:
\[ f' = \frac{f}{4} \]
Подставим это в формулу:
\[ \frac{f}{4} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k'}{m}} \]
где \( k' \) — жёсткость новой пружины. Мы можем выразить новое значение жёсткости через старое:
Сравнивая обе формулы для частоты, получаем:
\[ \frac{f^2}{16} = \frac{k'}{m} \]
Теперь также знаем, что:
\[ f^2 = \frac{k}{m} \]
Подставим это в уравнение:
\[ \frac{k}{m \cdot 16} = \frac{k'}{m} \]
Очистив уравнение от массы \( m \) (предполагая, что масса осталась неизменной), получаем:
\[ k' = \frac{k}{16} \]
Таким образом, жёсткость новой пружины стала в 16 раз меньше, чем у старой пружины. Это означает, что жёсткость пружины уменьшилась.