บทที่ 8 · การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
Problem 8.29 Challenge
หัวข้อ: การเคลื่อนที่ของวัตถุติดสปริง (Motion of an Object Attached to a Spring)
สมมติว่ามีอุโมงค์เส้นตรงวางตัวในแนวผ่านศูนย์กลางของโลก โดยมีปากอุโมงค์ทั้ง สองฝั่งอยู่ที่ผิวเปลือกโลกพอดี เมื่อปล่อยมวล m จากปากอุโมงค์อีกฝั่งหนึ่ง คาบใน การเคลื่อนที่ของมวล m เป็นเท่าใด? (กำหนดให้โลกมีความหนาแน่นสม่ำเสมอ เท่ากับ ρ)?
คำตอบ
\(T =\sqrt{\frac{3\pi}{ρG}}\;\blacksquare\)
\(T =\sqrt{\frac{3\pi}{ρG}}\;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ
จาก \(ΣF_{r}= ma_{r}\)
\(-\frac{GMm}{r^{2}}= ma\)
\(a +\frac{GM}{r^{2}}= 0\)
\(a +\frac{G(\frac{4\pi r^{3}ρ}{3})}{r^{2}}= 0; ρ =\frac{M}{V}=\frac{3M}{4\pi r^{3}}\)
\(a + (\frac{4\pi ρG}{3})r = 0\)
\(a + \omega _{0}^{2}r = 0; \omega _{0} =\sqrt{\frac{4\pi ρG}{3}}\)
\(\therefore \omega _{0} =\sqrt{\frac{4\pi ρG}{3}}\)
\(\frac{2\pi}{T}=\sqrt{\frac{4\pi ρG}{3}}\)
\(T =\sqrt{\frac{3\pi}{ρG}}\;\blacksquare\)