infist

บทที่ 9 · ของแข็งและของไหล

Problem 9.53 Challenge

หัวข้อ: แรงพยุงและหลักการของอาร์คิมิดีส (Buoyant Forces and Archimedes’s Principle)

กดวัตถุทรงลูกบาศก์ความหนาแน่น ρ₀ ยาวด้านละ H จมอยู่ในของเหลวความหนา แน่น ρ เป็นระยะ y โดยที่ ρ > ρ₀ ดังรูปด้านล่าง เมื่อปล่อยแรงที่กดวัตถุ ทำให้วัตถุดังกล่าวสั่นขึ้นลงแบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย คาบการสั่นของวัตถุดังกล่าวเป็น เท่าใด? พื้นที่หน้าตัด H² ระดับอ้างอิงเท่ากับ y = 0
รูปประกอบโจทย์ 9.53
รูปประกอบโจทย์ 9.53
รูปประกอบโจทย์ 9.53
รูปประกอบโจทย์ 9.53
รูปประกอบโจทย์ 9.53
คำตอบ
\(T = 2\pi \sqrt{\frac{ρ_{0}H}{ρg}}\;\blacksquare\)
ดูวิธีทำ

พิจารณา F.B.D. ของวัตถุ

\(F_{B}= ρH^{2}yg\)

\(mg = ρ_{0}H^{3}g\)

จาก \(ΣF_{y}= ma_{y}\)

\(F_{B}- mg = -ma_{y}\)

\(ρH^{2}yg - ρ_{0}H^{3}g = -ρ_{0}H^{3}a_{y}\)

\(a_{y}+\frac{ρg}{ρ_{0}H}y - g = 0\)

\(a_{y}+\frac{ρg}{ρ_{0}H}(y -\frac{ρ_{0}H}{ρ}) = 0\)

\(a_{y}+ \omega _{0}^{2}(y -\frac{ρ_{0}H}{ρ}) = 0; \omega _{0} =\sqrt{\frac{ρg}{ρ_{0}H}}\)

\(a_{y}+ \omega _{0}^{2}(y - y_{0}) = 0; y_{0} =\frac{ρ_{0}H}{ρ}\)

พิจารณา \(\frac{\Delta (y + y_{0})}{\Delta t}=\frac{\Delta y}{\Delta t}\)

\(\frac{\Delta (\frac{\Delta (y + y_{0})}{\Delta t})}{\Delta t}=\frac{\Delta (\frac{\Delta y}{\Delta t})}{\Delta t}\)

\(a_{y + y_{0}}= a_{y}\)

\(\therefore a_{y + y_{0}}+ \omega _{0}^{2}(y + y_{0}) = 0= 0 ; \omega _{0} =\sqrt{\frac{ρg}{ρ_{0}H}}\)

จาก \(ω_{0} = \sqrt{\frac{ρg}{ρ_{0}H}}\)

\(\frac{2\pi}{T}=\sqrt{\frac{ρg}{ρ_{0}H}}\)

\(T = 2\pi \sqrt{\frac{ρ_{0}H}{ρg}}\;\blacksquare\)

โจทย์อื่นในหัวข้อ แรงพยุงและหลักการของอาร์คิมิดีส (Buoyant Forces and Archimedes’s Principle)
9.41 9.42 9.43 9.44 9.45 9.46 9.47 9.48 9.49 9.50 9.51 9.52