infist

บทที่ 8 · การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย

Problem 8.51 Challenge

หัวข้อ: การสั่นภายใต้ความหน่วง (Damped Oscillations)

วัตถุมวล 0.250 kg ติดกับสปริงเบามากๆ ซึ่งมีค่าคงที่ของสปริงเท่ากับ 25.0 N/m ถ้าดึงมวลออกมาทำให้สปริงยืดออกเป็นระยะ 20.0 cm แล้วปล่อย โดยการเคลื่อนที่นี้มีแรงต้านแปรผันตามความเร็ว และค่าคงที่ของการแปรผันเท่ากับ 0.300 kg/s จงหา a) วัตถุสั่นในรูปแบบใด? b) ความถี่ในการสั่น? c) คาบในการสั่น? d) ถ้าที่เวลา t = 0 s วัตถุมีแอมพลิจูดเท่ากับ 20.0 cm ที่เวลา t = 5.00 s วัตถุจะมีแอมพลิจูดเป็นเท่าใด?
รูปประกอบโจทย์ 8.51
รูปประกอบโจทย์ 8.51
คำตอบ
จะได้ \(A(5.00) = (20.0 cm)e= 1.00 cm \;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ

a) กำหนดให้ \(m = 0.250 kg, k = 25.0 N/m\) และ \(b = 0.300 kg/s\)

จาก \(γ = \frac{b}{2m} = 0.600 Hz\) และ \(ω_{0} = \sqrt{\frac{k}{m}}= 10.0 Hz\)

จาก \(\gamma < \omega _{0}\)

∴ เป็นการสั่นแบบ \(Underdamped \;\blacksquare\)

b) จาก \(ω = \sqrt{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}\)

\(2\pi f =\sqrt{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}\)

\(f =\frac{1}{2\pi}\sqrt{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}= 1.59 Hz \;\blacksquare\)

c) จาก \(ω = \sqrt{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}\)

\(\frac{2\pi}{T}=\sqrt{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}\)

\(T =\frac{2\pi}{\omega _{0}^{2} - \gamma ^{2}}= 0.630 s \;\blacksquare\)

\(_{-\gamma t}\)

d) จาก \(A(t) = Ae\)

\(_{-\gamma (0)}\)

\(20.0 cm = Ae\)

\(A = 20.0 cm\)

\(_{-(0.600 Hz)(5.00 s)}\)

จะได้ \(A(5.00) = (20.0 cm)e= 1.00 cm \;\blacksquare\)

โจทย์อื่นในหัวข้อ การสั่นภายใต้ความหน่วง (Damped Oscillations)
8.50 8.52 8.53