拉弹簧的时间

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/28 13:30:26
一根劲度系数25N/m的弹簧,一端固定,另一端用2N的恒力拉,求将弹簧拉长0.08m的时间。大致讲个方法,最好能附上最后的答案。谢谢了。
弹簧是轻质弹簧,0.08m是伸长量

不知道你是高中生还是大学生?
就用高中的方法给你解一个吧

拉长0.08m的长度需要的力为F=kx=25*0.08=2N
刚好与拉力相等。
用2N的恒力去拉,就相当于挂起弹簧,在弹簧下挂一个2N的重物,重物会做简谐振动

这样,由于恒力=弹簧拉力,那么,此处就等同于平衡位置。
所用的时间就是1/4T(周期)
弹簧振子的振动周期T=2π根号m/k,代入上式中可得答案t=π/2根号m/k,

F=kx
F=ma
所以a=kx/m
而a是x对t的二阶导数,所以解二阶微分方程x''=kx/m即可得到x关于t的表达式:x=sin((k/m)^(1/2)*t+p),p为与初始条件有关的待定常数,如本题中t=0时x=0可解出p=0。

当弹簧为轻质,自由端连接质量m重物时可由上述方程直接求解。而当弹簧为均质时(实际情况),应考虑弹簧不同长度处位移不同列方程,这个方程就比较复杂了。

该运动可等价为
一物体,受水平向右的恒力F1=2N
水平向左的变力F2由0到2N得到一速度v1
然后F2增大超过2N,而F1不变,物体将做减速运动
然后做简谐运动
时间t应该求不出
因为t与加速度有关,加速度与合力有关,
合力又和位移有关,位移又和加速度有关.
若假设t,无法得出t与位移的关系
况且,
弹簧拉长到0.08m的时间到底是伸长还是收缩的不明确

这个问题用积分方法应该是可以解决的,位移的方程为S=1/2*a*t*t,
a=(2-kx)/m,所以S=1/2*(2-kx)/m*t*t(m=0.2,假设这个2N的力是由一个0.2kg的物体悬挂于弹簧所产生的),对这个关于x积分,积分范围是0-0.08,S=0.08已知了,解出的时间大小为0.632。你可以自己再看看对不对。

没办法做啊

对于弹簧的端点来说这是一个变力做工的问题(因为弹簧的长度在变,拉力也在变,而2N没变,和力变了)。可以用微积分求解。