Время падения тела на Землю с высоты h над её поверхностью без начальной скорости вычисляют по формуле t=sqrt(2*h/g), при этом h=(gt^2)/2, что после подстановки значений t=4 с, g=9,81 м/с^2 (приблизительно) даёт h=(9,81*4^2)/2=78,48 (м). Чтобы вычислить, за какое время тело упало бы на Землю, если его сбросить с высоты h=78,48 м с начальной скоростью v0=29,4 м/с, совместим начало O координат с поверхностью Земли и координатную ось Oy направим вверх. Запишем кинематическое уравнение движения тела в проекциях на ось Oy: y=h-v0*t-(g*t^2)/2. В момент t=t1 падения тела координата y1=0. Тогда 0=h-v0*t1-(g*(t1)^2)/2, откуда g*(t1)^2+2*v0*t1-2*h=0, t1=(-v0+sqrt((v0)^2+2*g*h))/g=(-29,4+sqrt((29,4)^2+2*9,81*78,48))/9,81=2,00 (с).
Найдем отношение значений амплитуды затухающих колебаний в моменты времени t и (рис. 3.1):
,
где β – коэффициент затухания.
Рис. 3.1
Натуральный логарифм отношения амплитуд, следующих друг за другом через период Т, называется логарифмическим декрементом затухания χ:
;
.
Выясним физический смысл χ и β.
Время релаксации τ – время, в течение которого амплитуда А уменьшается в e раз.
отсюда
Следовательно, коэффициент затухания β есть физическая величина, обратная времени, в течение которого амплитуда уменьшается в е раз.
Пусть N число колебаний, после которых амплитуда уменьшается в e раз. Тогда