※ 引述《Barney (legendary)》之銘言:
: 各位版友好,這個問題其實是我在上課時,發現一個問題。
: 所以其實是PO tutor版,但想說可能不只是高中的問題而已,故而也轉到此版。
: 希望版友可以為我解惑,也希望可以引起版友興趣討論一下:-)
: 感謝大家<(_ _)<
: 1.年級:高二
: 2.科目:物理
: 3.章節:簡諧運動
: 4.題目:
: 圖中,彈簧的力常數為 k,則當質量為 m 的木塊作簡諧運動時,其週期為何?
: (不計動滑輪的質量、摩擦力)
: 圖在此:http://ppt.cc/EtlR
: 5.想法:
: 我的問題其實是:
: 我先假想把 m 向下拉低2r的高度,則滑輪被會向下拉低r,
: 且此時先以一個力 F_拉 把m向下拉住,先保持靜力平衡。
: 發現此時兩繩張力與彈簧彈力相等。但
: F_拉 放手的瞬間,滑輪卻是靜力平衡,那麼它往上的加速度何來呢?
: 我有想過是否是繩子在加速上升時,其視重所造成彈力>兩繩張力
: 於是我假設了繩子有質量,但卻不知道怎麼算繩子的視重...
: 以下為我這題的解法,與想法詳述。感謝真強者們解惑了><
: 先假設圖中達靜力平衡時,彈簧伸長量為 x ,彈力係數為 k,所以:
: F_0 = kx = 2mg (因為有兩條繩子下拉) -- 式(1)
: 再來假想把 m 向下拉低2r的高度,則滑輪被會向下拉低r,
: 且此時先以一個力 F_拉 把m向下拉住,先保持靜力平衡。
: 此時,設m受到3個力:
: 1. 繩子張力 T
: 2. 重力 mg
: 3. 上述假設的下拉力 F_拉
: 因為靜力平衡,故此時,
: 1. T = mg + F_拉
: 2. 彈力 F_彈 = k(x+r) = 2T (因為有兩條繩子下拉)
: => T = k(x+r)/2
: 再來討論下拉力 F_拉 消失的瞬間,m 只受兩個力,分別為 T 和 mg,故
: m 受合力為 T-mg = (kx+kr)/2 -mg
: = (2mg+kr)/2 -mg 註: 根據式(1)得kx = 2mg
: = kr/2
: 再假設m之簡諧運動週期為t ,把SHM視為等速率圓周運動,則 kr/2為向心力,故得
: kr/2 = (4π^2)rm/(t^2)
^^^應該2r吧?!
: => t = 4π* sqrt(m/k) 註:答案沒錯,但卻發現上述的問題 orz
我的解法:
單純只用F的力拉彈簧的話,F=kx =>k=F/x
那麼用F的力來拉m,
=>繩上張力會多F=>彈簧張力會多2F=>2F=k(2x)=>彈簧伸長2x=>m下降4x
對m點來說,施力F,形變量4x,相當於一個等效彈簧彈力常數k',
使F=k'(4x)=>k'=F/4x=k/4
簡諧:k'x = m 4π^2 x / T^2
T=2πsqrt(m/k')=4πsqrt(m/k)
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`:.'.·︵○ ...衝了!!
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