13.4.5 Per il Moto oscillatorio di una massa t = 0,5 kg sospesa a una molla, l'equazione differenziale ha la forma y + 60y = 0. È necessario determinare il coefficiente di rigidezza della molla. (Risposta 30)
Per risolvere questo problema è necessario utilizzare la formula dell’equazione differenziale del moto oscillatorio:
m u'' + k u = 0,
dove m è la massa del carico, k è il coefficiente di rigidezza della molla.
Sostituendo i valori noti in questa formula, otteniamo:
0,5 u'' + ku = 0.
Per risolvere ulteriormente questa equazione, è necessario trovare una soluzione generale ad un'equazione della forma:
у = A cos(ωt + φ),
dove A è l'ampiezza delle oscillazioni, ω è la frequenza circolare, φ è la fase iniziale.
Differenziando questa funzione due volte, otteniamo:
у'' = -Aω^2 cos(ωt + φ).
Sostituendo i valori trovati nell'equazione differenziale originale, otteniamo:
-0,5 Aω^2 cos(ωt + φ) + k A cos(ωt + φ) = 0.
Questa equazione è valida per qualsiasi t, quindi il coseno può essere eliminato:
-0,5 Aω^2 + k A = 0.
Esprimendo il coefficiente di rigidezza della molla da questa equazione, otteniamo:
k = 0,5ω^2.
Sostituendo il valore della frequenza ω = 2πf = 2π/T = 2π√(k/m), otteniamo:
k = (2π/T)^2 m = (2π/1)^2 0,5 = 4π^2 × 0,5 = 2π^2.
Pertanto il coefficiente di rigidezza della molla è:
k = 2π^2 ≈ 19.739.
Risposta: 19.739 (il numero intero più vicino è 20).
Quindi, avendo risolto questo problema, abbiamo scoperto che il coefficiente di rigidezza della molla è pari a 20 nelle unità convenzionali.
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Il prodotto è la soluzione al problema 13.4.5 dalla collezione di Kepe O.?.
Questo problema presenta un'equazione differenziale per il movimento oscillatorio di un carico del peso di 0,5 kg sospeso a una molla, che si scrive come y + 60y = 0, dove y è una funzione del tempo che descrive lo spostamento del carico dalla posizione di equilibrio.
Per risolvere il problema è necessario determinare il coefficiente di rigidezza della molla.
Per fare ciò si può utilizzare la formula che descrive il moto oscillatorio di un carico sospeso su una molla di rigidezza k:
my'' + ky = 0,
dove m è la massa del carico, y è una funzione del tempo, che descrive lo spostamento del carico dalla posizione di equilibrio, y'' è la derivata seconda della funzione y rispetto al tempo.
Confrontando questa formula con l'equazione del problema, possiamo ricavare la relazione tra il coefficiente di rigidezza della molla e la massa del carico:
k = m*w^2,
dove w è la frequenza di oscillazione.
Il problema fornisce un'equazione del moto oscillatorio della forma y + 60y = 0. Rispetto alla formula generale, si può vedere che la frequenza di oscillazione è sqrt(60) e la massa del carico è 0,5 kg. Sostituendo questi valori nella formula del coefficiente di rigidezza della molla, otteniamo:
k = 0,5*(quadrato(60))^2 = 30.
Pertanto, la costante elastica è 30, che è la risposta al problema.
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