Question

Определить начальную фазу колебаний, если максимальное ускорение точки равно 50 см / с ^ 3, период колебаний 4 с и смещение точки от положения равновесия в начальный момент времени составляет 20 см.

Answer 1

Ответ: Х(t) = А*cos (ωt+φo) - уравнение гармонических колебаний,

где А - амплитуда, ω - циклическая частота, φo - начальная фаза.

ω = 2π/Т, где Т - период колебаний.

При t=0  X(0)=A*cos(φo) = 20 см = 0,2 метра - по условию задачи.

Ускорение - это вторая производная смещения Х по времени,

Х' = - A*ω*sin(ωt+φo), X'' = - A*ω^2 * cos(ωt+φo), откуда видно, что

максимальное ускорение а(max) = A*ω^2, откуда А = а(max)/ω^2.

Т.к. ω = 2π/Т, то А = а(max) * Т² / (4*π²).  Поскольку X(0)=A*cos(φo),

то X(0) = (а(max) * Т² / (4*π²) )  * cos(φo), откуда

cos(φo) = 4*π²*Х(0) / (а(max) * Т²) =  4*π²*0,2/(0,5*4²) = π²/10,

откуда начальная фаза φo = arccos (π²/10) ≈ 9° (примерно 9 градусов)