Supongamos que tuviéramos un sistema resorte-masa en el que no se asume que el resorte no tiene masa (tiene masa ) y tiene una longitud . Un extremo del resorte se mantiene fijo y supongo que el otro extremo se deja oscilar libremente. Aquí, se me dice que se supone que el resorte es uniforme y se estira uniformemente. Si quiero encontrar la energía cinética del resorte, tenemos que establecer una expresión para ello
dónde es la energía cinética de una parte infinitesimal en algún lugar a lo largo de la primavera y es su velocidad correspondiente. Como el resorte es uniforme, puedo encontrar su densidad de masa
de modo que
El único paso que no entiendo es cómo , dónde es, creo, la velocidad de algún punto que ha sido desplazado por el estiramiento del resorte (corríjame aquí si me equivoco). ¿Por qué la velocidad de una pieza linealmente proporcional a y cómo puedo derivar esa expresión matemáticamente, es decir, si , Cómo puedo encontrar ¿y por qué? Algo no se registra en mi cabeza y siento que tiene que ver con el hecho de que se supone que el resorte es uniforme. Eso entonces plantea la pregunta: ¿y si no fuera así? ¿Qué haría yo en ese caso?
Imagina que el resorte es horizontal. Imagina que está anclado en el lado izquierdo.
Describe el lado izquierdo como x = 0. Describe el lado derecho como x = L.
La suposición es que el resorte se estira uniformemente. Entonces, si el lado izquierdo está anclado y el lado derecho se mueve a 4 pies, entonces el del medio debe moverse 2 pies. La parte del resorte a 1/4 del camino desde el lado izquierdo se mueve a 1 pie, y la parte de el resorte que 3/4 del camino desde el lado izquierdo debe moverse a 3 pies.
Usando este argumento, podrías describir el desplazamiento (la cantidad de movimiento) de cualquier punto individual en el resorte como d(x) = (x/L)D donde D es la distancia que se ha movido el lado derecho. Eso se ajusta a la suposición de un estiramiento uniforme.
Ahora puede tomar la derivada temporal de eso y obtener una expresión para la velocidad en todas partes a lo largo del resorte, en función de x, con la velocidad en el lado derecho como parámetro.
Yashas
usuario146639
Yashas
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granjero