一轻弹簧直立在地面上,其劲度系数为k=400 N/m,弹簧的上端与盒子A连接在一起,盒子内装物体B,B的上下表面恰好与盒子接触,A和B的质量mA=mB=1 kg,g=10 m/s2,不计阻力,先将A向上抬高使弹簧伸长5 cm后从静止释放,A和B一起做上下方向的简谐运动,已知弹簧的弹性势能决定于弹簧的形变大小.试求:
(1)A的振幅;
(2)B的最大速率;
(3)在最高点和最低点A和B的作用力.
(1)A=10 cm (2)v=2 m/s (3)a=20 m/s2
(1)设A和B做简谐运动的平衡位置为0,弹簧的压缩量为x0,由平衡条件kx0=(mA+mB)g,得x0=5cm,故A的振幅为A=10 cm.
(2)当B运动到平衡位置时速率最大,A和B由静止释放到平衡位置过程中,弹簧的伸长量与压缩量相等,弹性势能不变,由动能定理:
(mA+mB)gA=(mA+mB)v2,得v= m/s.
(3)设A、B一齐运动的最大加速度大小(最高点和最低点)为a,由牛顿第二定律(mA+mB)g+kx1=(mA+mB)a,得a=20 m/s2.
取B为研究对象,在最高点时有mBg+F1= mBa,得A对B的作用力F1=10 N,方向向下;在最低点时有F2-mBg= mBa,得A对B的作用力F2=30 N,方向向上.
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一轻质弹簧直立在地面上,其劲度系数为k=400 N/m,弹簧的上端与空心物体A连接,物体B置于A内,B的上下表面恰好与A接触,如图11-3-9所示。A和B的质量均为1 kg,先将A向上抬高使弹簧伸长5 cm后从静止释放,A和B一起做上下方向的简谐运动,已知弹簧的弹性势能决定于弹簧形变大小(g取10 m/s2,阻力不计),求:
图11-3-9
(1)物体A的振幅。
(2)物体B的最大速率。
(3)在最高点和最低点A对B的作用力。
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