Energía cinética de un resorte masivo

Supongamos que tuviéramos un sistema resorte-masa en el que no se asume que el resorte no tiene masa (tiene masa METRO ) y tiene una longitud L . 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

d T primavera = 1 2 tu 2 d metro

dónde d T primavera es la energía cinética de una parte infinitesimal d metro en algún lugar a lo largo de la primavera y tu es su velocidad correspondiente. Como el resorte es uniforme, puedo encontrar su densidad de masa

λ = d metro d X d metro = λ d X = METRO L d X

de modo que

d T primavera = 1 2 tu 2 METRO L d X

El único paso que no entiendo es cómo tu = X L v , dónde v 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 d metro linealmente proporcional a v y cómo puedo derivar esa expresión matemáticamente, es decir, si tu = α v , Cómo puedo encontrar α ¿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?

sin decir que v Es decir, esta pregunta no puede ser respondida. no se donde encajar v porque no se que es.
Estoy tratando de averiguar eso también. Las pocas cosas que he leído sobre este problema simplemente tiran v en la expresión.
v es la velocidad del final del resorte. si lo sustituyes X como L , usted obtiene tu = v . De la definición de tu tu has dado, v por lo tanto, debe ser la velocidad del extremo del resorte.
Hmm bueno si eso es lo que v es que todavía no entiendo por qué es linealmente proporcional o qué hacer si ese no fuera el caso.
Eche un vistazo a la "masa efectiva de un resorte" en.m.wikipedia.org/wiki/Effective_mass_(spring –mass_system)

Respuestas (1)

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.

Ya veo, por lo que el estiramiento uniforme significa que todos los d metro deben espaciarse por igual de acuerdo con X / L . ¿Qué sucede si el resorte no se estiró uniformemente?
Si no puede asumir que es uniforme, debe alguna otra relación (no lineal) para el desplazamiento en función de la posición a lo largo de la longitud... luego sustituya esa relación por la más simple que se proporciona aquí.