看板 Physics 關於我們 聯絡資訊
※ 引述《Elengis (阿成)》之銘言: : ※ 引述《Elengis (阿成)》之銘言: : : 【出處】93指考 : : 【題目】一質量m之物體以兩根頂點相距L的相同彈簧懸掛起來,兩彈簧間的夾角 : : 為2θ(30度>θ>20度), 若彈簧的自然長度亦為L,則彈簧的力常數.... : : 【瓶頸】這邊θ<30度是因為彈簧伸長量要大於L,所以L/2sinθ>L sinθ<1/2 : : 所以θ<30度,但是 θ>20度的意義為何? 為何是20度 不是其他角度 例如15度? : SORRY打太快, : 重新打一次,θ<30度是因為彈簧伸長後的長度要大於L, : 所以L/2sinθ>L : sinθ<1/2 : 所以θ<30度, : 但是問題在於 θ>20度的意義為何? : 為何是20度? 不是其他角度!? 例如θ為15度呢? 個人覺得它不是什麼大學才會教的東西或近似 它只是一個外加的限制,讓問題比較合乎實際或合理 題目中沒有把這個限制指出,因為那不是這題的重點 你可以把角度的方程是整理出來,如下 mg/kL = cot(theta) - 2cos(theta) 你可以用數學軟體去解出cos(theta)或(theta),當然要給定 mg/kL 外加的限制,也就是你要的答案 物理意義上是要求 mg < kL,也就是物重不會使單一彈簧拉長超過本身原長 這樣的限制下,上面方程式就是 cot(theta) - 2cos(theta) < 1 改成cos(theta)的方程(x=cos(theta)) 4x^4+4x^3-2x^2-4x-1 < 0 如果知道四次方的公式解或有數學軟體、工程計算機都可以解出這個等號時的數值 例如在http://www.wolframalpha.com/ 輸入Plot[4x^4+4x^3-2x^2-4x-1,{x,-1,1}],它會畫給你上面不等式的左側 圖中小於零的部分就可能的x=cos(theta) 不等式由圖中給出的解是 -0.326993 < cos(theta) < 0.94027 加上題目中你已經知道的限制 (theta)<30度,cos(30度)<cos(theta) 取交集則是cos(30度)<cos(theta)< 0.94027 很容易找出 0.94027 = cos(19.9度) 也就是角度被限制在 19.9度到30度之間 這只是多加了上述的條件 當然你可以限制不一樣的條件,就有不一樣的角度下限 以上只是我的看法,數學部分處理得很快有錯請幫忙指出 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 140.116.26.236 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1439654753.A.BA6.html
Elengis: 嗯 多謝了 原來隱藏一個條件就是 彈簧拉長不能超過原長 08/16 08:13
Elengis: 所以 L < L/2sin(theta) <2L 08/16 08:32
Elengis: 1/4 < sin(theta) < 1/2 求theta的角度範圍即可..... 08/16 08:33
Entropy1988: 彈簧伸長量不能超過原長嗎? 08/16 08:43
iq810228: 可以問一下伸長量不能超過原長的原因嗎 08/17 23:26
variation: 上面並沒有說這是必然的條件,只是推論題目要多加的限 08/18 01:28
variation: 制才會得出原PO的問題,請不要無限上綱它,請仔細看倒 08/18 01:31
variation: 數第二行 08/18 01:31
Entropy1988: 不是無限上綱的問題。限制角度下限的合理理由在哪? 08/18 02:13
Entropy1988: 你說也許是伸長量不能超過原長。那現在問你這個理由 08/18 02:14
Entropy1988: 真的合理嗎? 你不解釋為什麼合理,只說也許題目是這 08/18 02:15
Entropy1988: 樣想的。這樣沒什麼意思啊? 08/18 02:16
Entropy1988: 至少,你本人覺得這是合理的嗎?為什麼? 08/18 02:19
Entropy1988: 因為,我們現在就是在想,有什麼合理的理由要特地限 08/18 02:21
Entropy1988: 制角度下限。如果是自己也覺得不合理的理由,提出來 08/18 02:22
Entropy1988: 又能怎樣呢? 08/18 02:22
ERT312: mg < kL 這個限制沒什麼意義吧,因為組合彈簧也不難讓 08/18 06:28
ERT312: mg > kL,但每個彈簧都沒超過它的彈性限度。 08/18 06:29
ERT312: 以本題來說,當theta=20度,每個彈簧伸長量約是0.462L 08/18 06:30
ERT312: 還不到原長的一半,這應該還算安全,20度應該只是個安全而 08/18 06:32
ERT312: 漂亮的數字,再小大概就危險了。 08/18 06:32
variation: 哦~我不知道伸長量不能超過原長的原因喔 08/19 03:28
variation: 我只是作一點數學操作,推論這個角度下限相當的條件 08/19 03:30
variation: 文中倒數第二行的意思是我也贊同別種限制,例如mg>kL 08/19 03:33
variation: 我非出題者,自然不知道他選怎樣的限制,只能猜想他覺 08/19 03:35
variation: 得彈簧拉過長會讓問題有爭議然後加了這個限制。 08/19 03:36
variation: 你也可以認為這個條件不合理、不成立,而我在浪費您的 08/19 03:42
variation: 時間。為了不浪費大家時間,改天自低,不好意思 08/19 03:43
variation: ERT大:如果一個彈簧mg<kL,n個串聯後mg<(k/n)(nL) 08/19 03:45
variation: 也還成立耶,這樣還會沒意義嗎? 08/19 03:46
Entropy1988: 你畢竟還是沒有解釋原因。我也可以說20聽起來很像餓 08/19 07:54
Entropy1988: 死,不吉祥,所以角度不可以小於20度。 08/19 07:54
Entropy1988: 這也是一種從角度逆推出的結果。 08/19 07:56
Entropy1988: 至於為啥不吉祥是個合理的理由,我就忽略不談了。 08/19 07:57
Entropy1988: 一般彈簧的確有伸長比例的極限。不過只要經過一些方 08/19 07:58
Entropy1988: 法,就可以改變這個極限量。比方說用同一種鋼材繞成 08/19 07:59
Entropy1988: 線圈狀的彈簧,我可以用各種不同的直徑來繞製這個線 08/19 08:00
Entropy1988: 圈。 08/19 08:00
Entropy1988: 所以考慮伸長比例,確實還是個有道理的理由。 08/19 08:08
ttt95217: 問出題者比較快 我個人認為要給高中生出題滿麻煩的 08/19 08:09
variation: 請問你所謂的伸長比例極限值,是否允許設計到mg>kL? 08/20 11:47
variation: 那又怎麼說成有道理? 08/20 11:49
Entropy1988: 有道理是說真正的彈簧都存在這個極限值。但是不同的 08/20 20:54
Entropy1988: 彈簧極限值可以有很大的不同。故意挑戰極端值而不顧 08/20 20:55
Entropy1988: 實用性的彈簧則更是如此。例如前述的線圈狀彈簧, 08/20 20:56
Entropy1988: 試考慮線圈裡的單一圈。在符合虎克定律的範圍內, 08/20 20:57
Entropy1988: 圈越大,則可以有更大的變形量。一圈的厚度不變,但 08/20 20:58
Entropy1988: 是伸縮量變大的話,對應的就是整個彈簧的伸縮比例可 08/20 20:59
Entropy1988: 變大。單就這種調控方法來說,伸縮比例是沒有上限的 08/20 20:59
Entropy1988: 。...我這都在解釋為什麼考慮極限值的存在是合理的, 08/20 21:01
Entropy1988: 因為單一個彈簧確實有個極限值。但是要說所有的彈簧 08/20 21:02
Entropy1988: 都有極限值在100%以下,則我還沒有看到什麼強力的理 08/20 21:03
Entropy1988: 由來支持這件事。 08/20 21:04
Entropy1988: mg:kL,為什麼不是mg:10kL?或10mg:kL? 08/20 21:09
Entropy1988: 誰知道呢?也許這時候應該引進額外的資訊了:現實中 08/20 21:13
Entropy1988: 的彈簧是否絕大部分共享著同個極限值,若有又是多少 08/20 21:14
Entropy1988: ? 08/20 21:14
Entropy1988: 由於已知有些理由在背後背書,所以角度下限20度的確 08/20 21:16
Entropy1988: 可能是因為不能超過伸縮比例上限。但是這也不一定對 08/20 21:17
Entropy1988: ,因為說不定其實伸縮比例上限會給出10度,或者30度 08/20 21:18
Entropy1988: ...我們不知道到底會是多少。 08/20 21:18
Entropy1988: (30度打錯了 29度好了) 08/20 21:19
Entropy1988: 從題目給的角度,運算個東西出來,再猜個理由給它, 08/20 21:22
Entropy1988: 這個東西就會自動是個合理的理由嗎?不一定吧? 08/20 21:23
Entropy1988: 你說他真的是合理的,所以值得納入考慮,那你解釋啊 08/20 21:25
Entropy1988: ? 我不是不同意你的意見,我還覺得有道理。但是你為 08/20 21:27
Entropy1988: 何不給個解釋就好了,除非你沒有? 這不是什麼無限 08/20 21:28
Entropy1988: 上綱的問題。 08/20 21:28
Entropy1988: 有人問為什麼伸長量不能超過原長,很合理的懷疑啊, 08/20 21:32
Entropy1988: 說不定這是錯的啊?若說它是對的,為何不證明? 08/20 21:33
variation: 你一直期待有個完美通盤的解釋,這個我沒有喔。 08/21 21:42
variation: 雖然前面講過了,再提一次 08/21 21:42
variation: 我只是作一點數學操作,推論這個角度下限相當可以的條 08/21 21:42
variation: 件,這是邏輯上我能做到的最多推論, 08/21 21:43
variation: 也曉得這個條件可能不能一般性地成立。 08/21 21:43
variation: 正因如此,才說不能無限上綱這個推論出來的條件。 08/21 21:43
variation: 至於背後有沒有理論支持,關於這點才學疏淺的我 08/21 21:44
variation: 無法多說什麼。我傾向於說可能是出題者選訂的限制, 08/21 21:44
variation: 簡單猜想他覺得彈簧拉過長會讓題目有爭議然後加了這個 08/21 21:45
variation: 限制。另外,這只是一個可能的推論。 08/21 21:46
Entropy1988: 問題就在這啊,你舉了一個可能的推論。好,然後有人 08/21 22:08
Entropy1988: 問你這個推論為何是對的,或說為何值得考慮好了, 08/21 22:08
Entropy1988: 結果你什麼都沒有說就end了啊。好,你說了「只是推論 08/21 22:09
Entropy1988: 」「勿無限上綱」。但是一件事情如果不說明它為什麼 08/21 22:11
Entropy1988: 有道理,我們就可以相信它是對的嗎?你完全可以有更 08/21 22:12
Entropy1988: 有意義的回答。例如說(以下只是我猜的)彈簧都有伸長 08/21 22:14
這個前面就講了耶:「他覺得彈簧拉過長會讓題目有爭議然後加了這個限制。」
Entropy1988: 極限,不一定是1倍,也可能是其它值;作者可能隨意 08/21 22:15
Entropy1988: 取了個值。 08/21 22:15
Entropy1988: 其實我只是想要看對為什麼是「1倍」而不是其它數字 08/21 22:18
Entropy1988: 給個有物理意義的回答而已。我認為光從角度逆推回去 08/21 22:19
是的,逆推確實是意義不大。而我的推論並不是逆推。 我是計算過程中想到要加上這個限制,先算過了結果,發現這樣數值上符合, 才認為出題者可能選定這個限制,雖然寫出來的順序是先給下了這個限制。
Entropy1988: 伸長比例沒有物理意義。你應該要從物理法則推出彈簧 08/21 22:20
Entropy1988: 的伸長比例會是多少才對,而不是從出題者意義不明的 08/21 22:21
Entropy1988: 數字推出伸長比例會是多少。這沒有物理意義。 08/21 22:22
Entropy1988: 也沒求你要做得多周全完美,至少給個簡單的模型。 08/21 22:23
我確實是知道一些複雜一點的模型,但裡面涉及的變量過多, 不像題目中簡單幾個條件就能得到想要的限制。 (當然這不是什麼"伸長比例")
Entropy1988: 那作者如果給了0.01度,你也要推個伸長量嗎?作者給 08/21 22:25
說真的,不瞭解你為什麼提出這個問題, 是因為你認為我是逆推的嗎?那上面已經談到。
Entropy1988: 了不同的角度,你就推論出不同的彈簧伸長比例,不覺 08/21 22:26
Entropy1988: 怪怪的嗎?彈簧這種客觀物體又不會因為區區出題者而 08/21 22:26
Entropy1988: 改變。 08/21 22:27
Entropy1988: 最少最少「我粗估現實中的彈簧伸長量大概在1倍」 08/21 22:33
好歹也是計算檢查過確定對應的限制數值相符,"粗估"是不是你在貶低某些...
Entropy1988: 至於,「我認為作者只是隨意取個數字」,然後也沒有 08/21 22:39
我是有個想法:在因次上來講這個限制很簡單,取係數1就可以代表出題者 對這個彈簧的伸長並不是沒有任何限制。而取係數1是最簡單的代表。 這個想法上面文中都沒有講到,因為畢竟這裡要找的是有明確數值的限制。
Entropy1988: 其它理由的話 ─那就這樣說就好了不是嗎。 08/21 22:40
ttt95217說得比較真切,倒不如直接問出題者。 ※ 編輯: variation (140.116.26.236), 09/06/2015 15:24:47