Kepe O.E 컬렉션의 문제 13.4.19에 대한 솔루션입니다.

13.4.19 문제는 강성 계수 c = 700 N/m인 스프링에 매달린 물체를 제공하며, 이는 0.2m의 진폭으로 자유로운 수직 진동을 수행합니다. 진동이 다음에서 시작되면 물체의 질량을 결정해야 합니다. 초기 속도가 4m인 정적 평형 위치 /와. (답변 1.75)

이 문제에 대한 해결책은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있는 몸체의 진동 주기를 결정하는 것부터 시작할 수 있습니다. T = 2π√(중/c), 여기서 m은 몸체의 질량, c는 스프링 강성 계수입니다. .

물체의 진동 진폭은 0.2m이므로 물체의 최대 운동에너지를 찾을 수 있는데, 이는 물체가 운동의 극점에 있을 때 용수철의 위치에너지와 같습니다. 따라서 몸체의 최대 운동 에너지는 스프링의 위치 에너지와 동일하며 다음 공식으로 계산됩니다. E = (1/2)mv^2 = (1/2)kA^2, 여기서 v는 초기 값입니다. 신체의 속도, A는 진동의 진폭입니다.

알려진 값을 공식에 ​​대입하면 다음 방정식을 얻습니다. T = 2π√(m/c) = 2π√(0.2^2/(2*700)) = 0.4π s. 여기서는 스프링의 최대 운동 에너지와 위치 에너지의 비율을 사용했습니다. (1/2)mv^2 = (1/2)kA^2, 여기서 m = kA^2/v^2 = 2cA^2 /v^2.

결과 방정식을 기반으로 체질량을 계산할 수 있습니다: m = 2 * 700 * 0.2^2 / 4^2 = 1.75kg. 답: 1.75.

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문제 해결은 신체의 진동 주기를 결정하는 것으로 시작됩니다. 이는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. T = 2π√(m/c), 여기서 m은 신체의 질량이고, c는 스프링 강성 계수입니다. 그런 다음 물체가 운동의 극점에 있을 때 용수철의 위치 에너지와 동일한 물체의 최대 운동 에너지에 대한 공식을 사용하여 다음 방정식을 찾습니다. T = 2π√(m/c) = 2π√(0.2^2/(2*700)) = 0.4πs.

다음으로, 스프링의 최대 운동 에너지와 위치 에너지의 비율: (1/2)mv^2 = (1/2)kA^2를 사용하여 물체의 질량을 찾습니다: m = kA^2/v ^2 = 2cA^2/v^ 2. 알려진 값을 대체하면 m = 2 * 700 * 0.2^2 / 4^2 = 1.75kg이 됩니다.

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문제를 해결하려면 물체의 운동 에너지와 위치 에너지의 합이 진동하는 동안 항상 일정하게 유지된다는 에너지 보존 법칙을 사용해야 합니다.

처음에 신체는 정적 평형 위치에 있습니다. 위치에너지는 최대이고 운동에너지는 0이다. 평형 위치에서 신체의 최대 편차에서 운동 에너지는 최대이고 위치 에너지는 0입니다.

따라서 우리는 방정식을 쓸 수 있습니다:

(mv^2)/2 = (kx^2)/2,

여기서 m은 몸체의 질량, v는 평형 위치를 통과하는 순간의 몸체 속도, k는 스프링 강성 계수, x는 평형 위치(진동 진폭)에서 몸체의 최대 편차입니다.

알려진 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

(m4^2)/2 = (7000.2^2)/2

2m = 14

m = 7kg

따라서 강성 계수가 c = 700 N/m이고 초기 속도가 4 m/s인 스프링에 매달려 자유 수직 진동을 수행하는 물체의 질량은 7 kg입니다.


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