infist

บทที่ 8 · การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย

Problem 8.20

หัวข้อ: การเคลื่อนที่ของวัตถุติดสปริง (Motion of an Object Attached to a Spring)

แขวนวัตถุมวล 0.500 kg กับสปริงเบา ทำให้สปริงยืดออกจากเดิมเป็นระยะ 2.50 cm ถ้าออกแรงดึงสปริงให้ยืดจากเดิมอีก 5.00 cm แล้วปล่อย จงหา a) คาบในการสั่นของวัตถุ? b) ขนาดความเร็วสูงสุดในการเคลื่อนที่? c) ขนาดความเร่งสูงสุดในการเคลื่อนที่? d) ขนาดความเร็วที่ตำแหน่ง 4.00 cm จากสมดุล? e) ขนาดความเร่งที่ตำแหน่ง 4.00 cm จากสมดุล?
รูปประกอบโจทย์ 8.20
รูปประกอบโจทย์ 8.20
รูปประกอบโจทย์ 8.20
คำตอบ
\(\therefore |a| = 15.7 m/s^{2} \;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ

a) พิจารณาที่ตำแหน่งสมดุลของวัตถุ

จาก \(ΣF_{y}= ma_{y}\)

\(kx - mg = 0\)

\(k =\frac{mg}{x}\)

จาก \(T = 2π\sqrt{\frac{m}{k}}\)

\(T = 2\pi \sqrt{\frac{mx}{mg}}\)

\(T = 2\pi \frac{x}{g}= 2\pi \sqrt{\frac{2.50 cm}{9.80 m/s^{2}}}= 0.317 s \;\blacksquare\)

b) จาก \(v_{\max}= \omega _{0}A =\frac{2\pi A}{T}=\frac{2\pi (5.00 cm)}{0.317 s}= 0.990 m/s \;\blacksquare\)

c) จาก \(a_{\max}= \omega _{0}^{2}A =\frac{4\pi ^{2}A}{T^{2}}=\frac{4\pi ^{2}(5.00 cm)}{(0.317 s )^{2}}= 19.6 m/s^{2} \;\blacksquare\)

d) จาก \(v = ω_{0}\sqrt{A^{2} - x^{2}}\)

\(v =\frac{2\pi}{T}\sqrt{A^{2} - x^{2}}\)

\(v =\frac{2\pi}{0.317 s}\sqrt{(5.00 cm)^{2} - (4.00 cm)^{2}}\)

\(v = 0.595 m/s \;\blacksquare\)

e) จาก \(a = -ω_{0}^{2}x\)

\(a = -(\frac{2\pi}{T})^{2}x\)

\(a = -(\frac{2\pi}{0.317 s})^{2}(4.00 cm)\)

\(a = -15.7 m/s^{2}\)

\(\therefore |a| = 15.7 m/s^{2} \;\blacksquare\)

โจทย์อื่นในหัวข้อ การเคลื่อนที่ของวัตถุติดสปริง (Motion of an Object Attached to a Spring)
8.13 8.14 8.15 8.16 8.17 8.18 8.19 8.21 8.22 8.23 8.24 8.25