13.4.24 取一个重 9 kg 的负载,将其悬挂在刚度系数为 90 N/m 的弹簧上,并从静平衡位置开始,使其进入振幅为 0.1 m 的自由垂直振动。需要确定负载的初始速度。答案:0.316。
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Kepe O.? 收集的问题 13.4.24 的解决方案。包括确定悬挂在弹簧上并进行振幅为 0.1 m 的垂直自由振动的负载的初始速度。已知负载的质量为 9 kg,弹簧刚度系数为 90 N/m 。
为了解决这个问题,需要利用能量守恒定律,根据该定律,系统的总机械能保持恒定。在初始时刻,负载处于静平衡位置,因此其势能为零,动能最大。
当负载偏离平衡位置最大时,其势能最大,动能为零。根据能量守恒定律,这两点处的总机械能彼此相等。
于是,我们可以写出能量守恒方程:
mgh = (1/2)kx^2,
其中m是负载的质量,g是重力加速度,h是负载相对于平衡位置的最大偏差(振荡幅度),k是弹簧刚度系数,x是弹簧相对于平衡位置的最大偏差平衡位置(也等于振荡幅度)。
用已知量表示负载的初始速度,我们得到:
v = sqrt(2gh),
其中 sqrt 是平方根。
将问题条件中的值代入,我们得到:
v = sqrt(2 * 9.81 m/s^2 * 0.1 m) ≈ 0.316 m/s。
答:负载的初速度为0.316 m/s。
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