Пружинный маятник — тренажёр для 9 класса

Пружинный маятник — это груз на пружине, который колеблется около положения равновесия. Период колебаний зависит от массы груза и жёсткости пружины: тяжёлый груз колеблется медленнее, жёсткая пружина — быстрее. Формула T = 2π√(m/k) позволяет рассчитать период, не измеряя каждое колебание. В задачах встречается и обратный расчёт: найти жёсткость пружины по известному периоду.

🚀 Попробовать без регистрации 📝 Задачи с решениями ⚔️ Вызвать на дуэль 🔗 Вызов другу

Что проверяет эта тема

  • Применять формулу периода пружинного маятника.
  • Понимать роль массы и жёсткости.
  • Переводить единицы массы и жёсткости.
  • Отличать пружинный маятник от математического.

Формулы и правила

Формулы и обозначения по теме «Пружинный маятник»
Что ищем Формула Обозначения
Период $T = 2π√(m/k)$ m — масса (кг), k — жёсткость (Н/м).
Частота $ν = 1/T$ Величина, обратная периоду.
Жёсткость $k = F / Δx$ Связь силы упругости и удлинения.
Циклическая частота $ω = 2π/T$ Связь с периодом.

Разбор задачи по шагам

Задача: m = 1 кг, k = 100 Н/м. Найдите период колебаний.

Шаг 1. Записываем формулу. T = 2π√(m/k). Почему: период зависит от массы и жёсткости, но не от амплитуды при малых колебаниях.

Шаг 2. Подставляем значения. m = 1 кг, k = 100 Н/м.

Шаг 3. Считаем. T = 2π√(1/100) = 2π·0,1 ≈ 0,628 с.

Шаг 4. Записываем ответ. Период примерно равен 0,63 с.

Ещё один разбор

Задача. Масса $2.9$ кг, жёсткость $392$ Н/м. Период (с)?

1
Период пружинного маятника: $T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$.
$m=2.9$ кг, $k=392$ Н/м
2
Вычисляем.
$T = 2\pi\cdot\sqrt{\frac{2.9}{392}} \approx 0.54$ с

Ответ: 0.54

Типичные ошибки

Ошибка: Подставляют массу в граммах
Почему: В быту масса в граммах
Как проверить: В формуле масса в килограммах: 200 г = 0,2 кг.
Ошибка: Считают, что период зависит от амплитуды
Почему: Кажется, что больший размах — дольше
Как проверить: При малых колебаниях период от амплитуды не зависит. Это свойство гармонических колебаний.
Ошибка: Путают пружинный и математический маятник
Почему: Оба маятники
Как проверить: У пружинного T = 2π√(m/k), у математического T = 2π√(l/g).
Ошибка: Забывают извлечь корень
Почему: Спешат
Как проверить: Сначала делите m на k, затем извлекайте корень, и только потом умножайте на 2π.

Типы задач в тренажёре

В тренажёре:

  • Период по массе и жёсткости.
  • Жёсткость по периоду и массе.
  • Сравнение периодов двух маятников.
  • Связь периода и частоты.

Ответ проверяется сразу.

Кому и когда это нужно

Тема изучается в 9 классе (механические колебания) и встречается в ОГЭ. В 11 классе повторяется в разделе «Колебания и волны».

Родителям: подвесьте груз на пружине и сравните колебания с более тяжёлым грузом. Ребёнок увидит, что масса влияет на период, и формула перестанет быть абстрактной.

Частые вопросы

Зависит ли период от амплитуды?

При малых колебаниях — нет. Это свойство гармонических колебаний; при больших амплитудах появляются отклонения.

Что такое жёсткость пружины?

Коэффициент k, показывающий, какая сила нужна для удлинения пружины на 1 метр. Измеряется в Н/м.

Почему пружина с большей массой колеблется медленнее?

Период растёт с массой: T ∝ √m. Чем больше масса, тем труднее её разогнать и остановить.

Как найти жёсткость, если известен период?

Из формулы T = 2π√(m/k): k = 4π²m / T².

Примеры задач

Масса $0.76$ кг, жёсткость $443$ Н/м. Период (с)?
Ответ: 0.26
Масса $4.78$ кг, жёсткость $495$ Н/м. Период (с)?
Ответ: 0.62
Масса $1.27$ кг, жёсткость $288$ Н/м. Период (с)?
Ответ: 0.42

Готовы попробовать свои силы?

В тренажёре задачи проверяются автоматически, а после ошибки показывается пошаговое решение.

Перейти к задачам

Смежные темы

Период маятников Частота колебаний Закон Гука Движение по окружности