Задание OGEPHYS301A7A: Математический и пружинный маятники. Превращение энергии при колебательном движении

Рассматриваем движение относительно Земли. Угол θ отсчитываем от вертикали; положительное направление касательной оси Oτ соответствует увеличению θ. На шарик действуют сила тяжести mg вертикально вниз и натяжение F_н вдоль нити к подвесу. Натяжение не имеет касательной проекции, поэтому
ma_τ = −mg sin θ.
При малых колебаниях лёгкой нерастяжимой нити длины l период равен
T = 2π√lg, ν = 1T.
Потерями энергии пренебрегаем.
У исходных осей нет числовых единиц времени и смещения. Поэтому определяем отношения величин по клеткам, не приписывая клеткам секунды или метры. Амплитуда измеряется по вертикали от x = 0, период — по горизонтали между ближайшими одинаковыми фазами.
На всём показанном интервале первый маятник выполняет два цикла, второй один. По вертикальным отклонениям получаем A₂ = 4A₁. Значит,
T₂ = 2T₁, ν₂ = ν₁2.
Для одинакового g отношение длин определяется квадратом отношения периодов:
l₂l₁ = (T₂T₁)².
Подставляем найденное отношение:
l₂l₁ = 2² = 4.
1) Неверно. Первый маятник выполняет два колебания за один цикл второго, поэтому частоты различны.
2) Неверно. У второй кривой расстояние между соседними максимумами вдвое больше: T₂ = 2T₁.
3) Верно. Частота обратна периоду, поэтому ν₂ = ν₁2.
4) Верно. Амплитуда кривой 1 — одна вертикальная клетка, кривой 2 — четыре: A₂ = 4A₁.
5) Неверно. T₁ меньше T₂, значит, l₁ меньше l₂, а не больше.
Проверка: более медленные колебания соответствуют более длинной нити. Постоянство амплитуд не означает равенства периодов. Ответ: 34.