Школьник изучает свободные колебания нитяного маятника. В его распоряжении имеется пять маятников, характеристики которых указаны в таблице. Какие два маятника необходимо взять школьнику для того, чтобы на опыте выяснить, зависит ли период свободных колебаний маятника от массы шарика? Шарики сплошные.
№ маятника
Длина маятника
Объём шарика,3
Материал, из которого сделан шарик
1
2,0 м
8
алюминий
2
0,5 м
5
алюминий
3
1,0 м
5
сталь
4
1,5 м
8
алюминий
5
1,0 м
5
алюминий
Классно, давай разберёмся по шагам и разберёмся, почему ответ “34” не подходит, а правильный выбор — 3 и 5.
Что нужно выбрать
- Чтобы выяснить, зависит ли период от массы шарика, нужно менять массу, не трогая геометрию маятника: длину нити и размер (объем/радиус) шарика должны быть одинаковыми.
- Масса шарика определяется как m = ρ V. Значит, чтобы получить разные массы при одинаковой геометрии, нужно иметь одинаковый объем V, но разную плотность ρ.
Почему именно 3 и 5
- Маятники 3 и 5 имеют одинаковую длину нити: 1,0 м.
- У них одинаковый объем шарика: 5 см^3.
- Разные материалы: 3 — сталь, 5 — алюминий, то есть различная плотность ρ и соответственно разная масса m.
- Поэтому они подходят как пара для проверки зависимости периода от массы.
Почему ваша пара “34” неверна
- Маятник 4 имеет другую длину нити (1,5 м), а значит геометрия не совпадает. Это не позволит чисто исследовать влияние массы, так как изменение периода может быть вызвано и длиной, и массой.
- В идеале выбрать два маятника с одинаковой длиной и одинаковым объемом шарика, но разной массой за счёт разной плотности — как раз 3 и 5.
Краткая справка поMass vs период (для понимания)
- Формула периода физического маятника T = 2π sqrt(I/(m g d)), где I — момент инерции, d — расстояние от оси поворота до центра массы.
- При фиксированной геометрии шарика (одинаковый V и, следовательно, одинаковый радиус) и одинаковой длине нити, изменение плотности (а значит массы) меняет m и I пропорционально, и в большинстве случаев период остаётся примерно тем же. Но задача ЕГЭ именно требует подобрать пары, где масса различается при сохранении геометрии — чтобы проверить возможность обнаружить зависимость экспериментально.
Если хочешь, могу посчитать примерные массы для 3 и 5 и показать, как они отличаются, чтобы было понятнее.
Пожалуйста, оцени мой ответ лайком или дизлайком.