Тип 21 № 2446 
Классификатор: Механика. Механические колебания
i
Брусок может без трения скользить по рельсам. К нему привязана нерастяжимая невесомая нить, которая проходит между рельсами не касаясь их. С другого конца к ней привязан второй брусок массы в два раза меньшей, чем первый. Подвешенный брусок отклонили на небольшой угол и измерили частоту колебаний. Затем бруски поменяли местами. Как изменилась частота колебаний?
Решение. К системе брусок 1 + брусок 2 не приложена внешняя сила вдоль рельс. Поэтому проекция положения центра тяжести этой системы на направление вдоль рельс двигается равномерно и прямолинейно. Будем двигаться вдоль рельс со скоростью, равной проекции скорости центра масс, тогда в нашей системе отсчёта центр масс по горизонтали будет покоится. В выбранной системе координат он будет лишь совершать малые колебания по вертикали.
Центр масс находится в точке, которая делит нить как 1 : 2, если считать от верхнего тяжелого бруска 1. Пусть длина нити равна l. Тогда лёгкий брусок 2 совершает колебания, как если бы длина нити, на которой он подвешен, была бы равна
Таким образом, частота колебаний груза равна

К этому же результату можно прийти, если рассмотреть соотношение потенциальной и кинетической энергий в процессе колебаний. Пусть
— угол, на который отклонилась нить. Скорости движений по горизонтали бруска 1 и бруска 2 по горизонтали равны соответственно
и
суммарная кинетическая энергия этого движения равна

где m — масса бруска 1 . Потенциальная энергия такая же, как для обычного маятника, она равна

Сравнивая коэффициенты при
в кинетической энергии и при
в потенциальной энергии, приходим к тому же ответу (1). Во втором эксперименте длина маятника для подвешенного тяжёлого бруска 1 равна
поэтому

Таким образом,

Ответ: 
Критерии проверки:| Критерии оценивания | Баллы |
|---|
| Явно указан переход в систему отсчета центра масс, или в решении такое предположение не требуется | 2 |
| Записаны уравнения, или сделаны замечания, позволяющие вычислить частоту в первом случае | 4 |
| Правильно получена первая частота | 5 |
| Записаны уравнения, или сделаны замечания, позволяющие вычислить частоту во втором случае | 4 |
| Правильно получена вторая частота | 10 |
| Максимальный балл | 25 |
Ответ: 
Классификатор: Механика. Механические колебания