Для решения этой задачи, давайте рассмотрим свойства математического маятника и, в частности, его период колебаний.
Формула для периода маятника:
Период \( T \) математического маятника можно определить с помощью следующей формулы:
\[ T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} \]
где:
- \( T \) — период колебаний,
- \( L \) — длина маятника,
- \( g \) — ускорение свободного падения (примерно \( 9.81 \, \text{м/с}^2 \) на поверхности Земли).
Данные из задачи:
- Первый маятник совершает \( 20 \) колебаний.
- Второй маятник совершает \( 10 \) колебаний.
- Количество колебаний за одно и то же время указывает на то, что для них один и тот же интервал времени.
Обозначим:
- \( T_1 \) — период первого маятника.
- \( T_2 \) — период второго маятника.
Мы знаем, что: \[ \text{количество колебаний} = \frac{\text{время}}{T} \]
Пусть \( t \) будет временем, за которое оба маятника совершили свои колебания. Тогда:
Для первого маятника: \[ 20 = \frac{t}{T_1} \quad \Rightarrow \quad T_1 = \frac{t}{20} \]
Для второго маятника: \[ 10 = \frac{t}{T_2} \quad \Rightarrow \quad T_2 = \frac{t}{10} \]
Теперь найдем отношение периодов: \[ \frac{T_1}{T_2} = \frac{\frac{t}{20}}{\frac{t}{10}} = \frac{10}{20} = \frac{1}{2} \]
Теперь выясним отношение длин маятников: Согласно формуле периода, имеем:
\[ \frac{T_1}{T_2} = \sqrt{\frac{L_1}{L_2}} \Rightarrow \left(\frac{T_1}{T_2}\right)^2 = \frac{L_1}{L_2} \]
Подставляя найденное отношение между периодами:
\[ \left(\frac{1}{2}\right)^2 = \frac{L_1}{L_2} \quad \Rightarrow \quad \frac{L_1}{L_2} = \frac{1}{4} \]
Таким образом, отношение длин математических маятников \( L_1 \) и \( L_2 \) равно:
\[ \frac{L_1}{L_2} = \frac{1}{4} \]
Ответ: Длина первого маятника в 4 раза меньше длины второго маятника.