Puntos de masa de un modelo Masa-resorte

Digamos que tengo un modelo de resorte de masa como el de la imagen a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, hay 3 partes del resorte unidas en forma de triángulo equilátero . Cada una de las articulaciones tiene una masa de metro . La longitud en reposo de cada uno de los resortes es yo . El punto de unión superior del resorte se fija al techo.

Ahora, si tuviera que tirar de ambos puntos inferiores del modelo de resorte de manera que cada uno de los resortes se extienda proporcionalmente por Δ yo cambio de longitud y liberación. Ahora, quiero encontrar una ecuación para el punto A (indicado en la imagen de arriba) bajo la gravedad y las fuerzas de carrera al volver a la posición. La suposición es que todos los ángulos permanecen en 60 grados en cada iteración cuando regresa.

Lo que hice es:

Dejar k Sea la elasticidad del resorte.

Entonces, para el componente del eje X de la ecuación,

k Δ yo C o s ( 60 ) + k Δ yo = metro a X

La aceleración del resorte que regresa a la posición x original estaría dividiendo ambos lados por la masa metro .

Para el componente del eje Y de la ecuación considerando la gravedad como gramo ,

k Δ yo s i norte ( 60 ) + k Δ yo metro gramo = metro a y

Similar al eje X, pensé que consideraría el total de la longitud extendida más la proyección del eje X al eje Y, y luego menos la resistencia a la gravedad.

Sin embargo, resulta que me equivoqué con el componente del eje Y. La respuesta dada es:

X: k Δ yo C o s ( 60 ) + k Δ yo = metro a X

Y: metro gramo k Δ yo s i norte ( 60 ) = metro a y

No entiendo por qué es así para el eje Y, especialmente cuando la gravedad resulta ser menos la proyección y la extensión Δ yo no se suma como parte de la fuerza.

Respuestas (1)

ha tomado el enfoque correcto al sumar las fuerzas y hacer que sea igual a la masa por la aceleración.

Para el componente Y ha incluido un k Δ yo que no debe estar ahí. En la dirección X, este término representa la contribución de fuerza del resorte inferior (el horizontal), sin embargo, este resorte no contribuye en absoluto a las fuerzas en la dirección Y (porque se encuentra completamente en la dirección X), por lo que tiene ningún efecto en la ecuación del eje Y.

Además, en el diagrama que proporcionaste, el eje Y apunta hacia abajo. Escribió sus ecuaciones como si el eje Y apuntara hacia arriba y esto ha causado un error de signo. La gravedad apunta hacia abajo a lo largo de la dirección Y positiva, por lo que la metro gramo término debe ser positivo. Una extensión del resorte por Δ yo conduce a una fuerza de restauración que tirará del punto A en la dirección Y negativa, por lo tanto, el k Δ yo s i norte ( 60 ) término debe tener un signo menos.

¡Gracias! Por la parte en que k Δ yo no debería estar en el componente Y, es porque se supone que el resorte se tira en la dirección x a lo largo del eje x y, por lo tanto, no tiene efecto en la ecuación del eje Y? En otras palabras, si tuviera que arrastrar en diagonal, k Δ yo tendrá que incluirse en la componente Y de la ecuación?
No estamos suponiendo que los resortes se tiren en la dirección X. Usted mencionó en su introducción que nosotros "... tiramos de ambos puntos inferiores del modelo de resorte de manera que cada uno de los resortes se extienda proporcionalmente por Δ yo cambio de longitud y suelte". También asumió que "todos los ángulos permanecen en 60 grados". Esta segunda suposición asegura que el resorte inferior siempre permanecerá horizontal y nunca contribuirá a las fuerzas en la dirección Y. Para visualizar esto, simplemente imagina el triángulo equilátero oscilando en tamaño manteniendo su forma, siempre será equilátero.
Ohh... en otras palabras, si se tira de tal manera que el resorte inferior ya no permanece horizontal, es decir, inclinado, el componente Y tendrá que incluir el k Δ yo , tengo razón?
Casi... tendrías que incluir el seno del ángulo de inclinación.
Muchas gracias por la explicación. Todavía tengo una última duda. Lo siento. antes dijiste k Δ yo es un término que representa la contribución de fuerza del resorte inferior. ¿No sería el k Δ yo s i norte ( 60 ) término más parecido a la contribución del resorte inferior ya que es una proyección del resorte inferior? Como dijiste, si hay una inclinación, entonces el seno del ángulo daría la longitud para extenderse en la dirección Y. ¿Me acabo de confundir?
Asegúrese de proyectar las fuerzas sobre los ejes, no sobre los otros resortes. Cuando el resorte inferior es horizontal, k Δ yo da su contribución a la fuerza X en el punto A. Su contribución a la fuerza Y es cero. Si permitimos que el resorte inferior se incline en ángulo Θ , contribuirá k Δ yo s i norte ( Θ ) a la fuerza en la dirección Y, y k Δ yo C o s ( Θ ) a la fuerza en la dirección X. Como puede ver, cuando el resorte es horizontal, entonces Θ es cero y obtenemos una contribución de fuerza X de k Δ yo y una contribución de fuerza Y de cero.