- Narzędzia
- Obiekty
- Słowa kluczowe
- Kategoria
- Mechanika
Klub 44F - zadania II 2012»Zadanie 532
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Klub 44F - zadania II 2012
- Publikacja w Delcie: luty 2012
- Publikacja elektroniczna: 1 lutego 2012
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (65 KB)
Ciężarek o masie wisiał na sprężynce o stałej sprężystości i drgał z amplitudą Z góry sypie się w tempie cienki strumień piasku, który spada ze stałą prędkością (stałą wskutek np. działania siły oporu powietrza). Piasek pada na ciężarek i przykleja się, dalej drgając razem z nim. Po czasie długim w porównaniu z okresem drgań masa ciężarka wraz z piaskiem wzrosła do wartości Znaleźć końcową amplitudę drgań. Założyć, że prędkość ruchu ciężarka nie przekraczała prędkości spadku piasku.
Rozwiązanie
Przyjmijmy, że ciężarek porusza się z prędkością do góry, wtedy jego prędkość względem piasku wynosi Ponieważ masa piasku na jednostkę długości strumienia jest równa więc masa piasku przyklejonego w ciągu czasu wynosi Energia przekształcona w ciepło jest równa
W ciągu jednego okresu masa ciężarka nie zmienia się znacząco i można przyjąć, że jego ruch jest w przybliżeniu harmoniczny: gdzie jest amplitudą, Gdy podstawimy zależność do rozwiniemy sześcian i scałkujemy względem okresu, niezerowy wkład do całki dadzą tylko parzyste potęgi – zerowa i druga:
Pierwszy składnik po prawej stronie jest początkową energią kinetyczną piasku przyklejonego w ciągu okresu, zatem drugi składnik jest spadkiem energii drgań w tym czasie. Przechodząc do dłuższej skali czasu, należy wyrażenie przyrównać do gdzie jest energią drgań ciężarka, Stąd
Podstawienie i scałkowanie prowadzi do wyniku czyli
Jak widać, wartość prędkości piasku nie ma znaczenia.