|
|
Ταλάντωση σε Κατακόρυφο Ελατήριο - HTML5 |
|
|
Προσομοίωση με την οποία μπορούμε να μελετήσουμε την ταλάντωση ενός σώματος που είναι δεμένο σε κατακόρυφο ελατήριο. Στο διάγραμμα φαίνεται η δύναμη του ελατηρίου σε συνάρτηση με την απομάκρυνση. Μπορούμε να σύρουμε το σώμα για να καθορίσουμε την αρχική του φάση και το πλάτος του.
Στό σχήμα φαίνεται ένα σώμα μάμας $m$ να ισορροπεί πάνω σε ένα κατακόρυφο ελατήριο. Το ζητούμενο είναι να αποδειχθεί ότι το σώμα κάνει απλή αρμονική ταλάντωση και να υπολογιστεί η δύναμη του ελατηρίου.
Θεωρούμε σύστημα συντεταγμένων με αρχή Ο την θέση ισορροπίας του σώματος και θετική φορά προς τα πάνω. Σε αυτήν την περίπτωση στην θέση ισορροπίας του σώματος ισχύει
$$\sum \vec F=\vec 0$$
$$F_\mathsf{ελ}+(-mg)=0$$
Θεωρούμε το σώμα σε τυχαία θέση. (Παρατήρηση: Λόγω της διανυσματικότητας της απομάκρυνσης καλό είναι για αποφυγή λαθών να θερούμε την τυχαία θέση στα θετικά του άξονα ώστε το $x$ να αντιμετωπίζεται και ως απόσταση)
$$\sum F=ma$$
$$\sum F=F_\mathsf{ελ}+(-mg)$$
$$\sum F=k(Δl_0-x)-mg$$
$$\sum F=kΔl_0-kx-mg$$
Λόγω της (1) έχουμε τελικά
Η παραπάνω εξίσωση ισχύει για κάθε $x$ και αποδεικνύει ότι το σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση με $D=k$.
Για τον υπολογισμό της δύναμης του ελατηρίου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αποτέλεσμα της απλής αρμονικής ταλάντωσης δηλαδή
$$\sum F=F_\mathsf{ελ}+(-mg)$$
$$-kx=F_\mathsf{ελ}-mg$$
|
$$F_\mathsf{ελ}=mg-kx$$ |
$$(3)$$ |
|
|
|
Τελευταία ανανέωση ( 16.09.19 )
|
