บทที่ 8 · การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย
Problem 8.30 Challenge
หัวข้อ: การเคลื่อนที่ของวัตถุติดสปริง (Motion of an Object Attached to a Spring)
แท่งวัตถุมวล m กระจายสม่ำเสมอ ยาว L มีสปริงมวลเบามาก ซึ่งมีค่าคงที่ของสปริง เท่ากับ k ติดอยู่ที่ปลายวัตถุทั้งสองด้าน ดังรูปด้านล่าง ถ้ากดปลายวัตถุด้านหนึ่ง ทำให้วัตถุเอียงทำมุมน้อยมากๆ วัตถุดังกล่าวจะหมุนกลับไปกลับมาด้วยคาบเท่าใด? ระดับสมดุล y = 0 แท่งวัตถุมวล m
คำตอบ
\(T = \pi \sqrt{\frac{2m}{3k}}\;\blacksquare\)
\(T = \pi \sqrt{\frac{2m}{3k}}\;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ
จาก \(Στ = Iα\)
\(-2ky\frac{L}{2}\cos \theta =\frac{1}{12}mL^{2}\frac{d^{2}\theta}{dt^{2}}\)
\(\frac{d^{2}\theta}{dt^{2}}+\frac{6kycos\theta}{m(L/2)}= 0\)
\(\frac{d^{2}\theta}{dt^{2}}+\frac{6ksin\theta \cos \theta}{m}= 0; \sin \theta =\frac{y}{L/2}\)
\(\frac{d^{2}\theta}{dt^{2}}+\frac{6k}{m}\theta = 0; sinθ \approx θ\) และ \(cosθ \approx 1\)
จาก \(ω_{0} = \sqrt{\frac{6k}{m}}\)
\(\frac{2\pi}{T}=\sqrt{\frac{6k}{m}}\)
\(T = \pi \sqrt{\frac{2m}{3k}}\;\blacksquare\)