by 
Σώμα μάζας m = 1kg ηρεμεί σε κεκλιμένο επίπεδο, γωνίας κλίσης θ = 300, δεμένο στο κάτω άκρο ελατηρίου, το πάνω άκρο του οποίου είναι ακλόνητο. Τη χρονική στιγμή t0 = 0s, θέτουμε το σώμα σε απλή αρμονική ταλάντωση, ώστε το διάγραμμα της φάσης της ταλάντωσης να είναι αυτό που φαίνεται στο σχήμα.
Η μέγιστη δυναμική ενέργεια του ελατηρίου είναι Uελ,max = 1,125J.
1) Τι πληροφορίες παίρνουμε άμεσα από το διάγραμμα φ → t που δόθηκε για την ταλάντωση;
2) Αφού δικαιολογήσετε γιατί στην κάτω ακραία θέση το ελατήριο έχει τη μέγιστη δυναμική του ενέργεια, βρείτε το πλάτος της ταλάντωσης.
3) Nα γράψετε τις χρονικές εξισώσεις της θέσης και της ταχύτητας και να κάνετε τη γραφική παράσταση της ταχύτητας του σώματος σε συνάρτηση με το χρόνο, σε βαθμολογημένους άξονες.
4) Βρείτε τους ρυθμούς μεταβολής δυναμικής ενέργειας ταλάντωσης και ελατηρίου, τη χρονική στιγμή t1 = π/60 s. Ποια φυσική σημασία έχουν τα πρόσημα;
Καλησπέρα και απο εδώ Ανδρέα, πολύ ωραία άσκηση. Μήπως θα ήταν καλό να αναφέρεις οτι οι μοναδικές δυνάμεις που δέχεται το σώμα στην διεύθυνση της ταλαντωσης του είναι η δύναμη του ελατηρίου και η συνιστώσα του βάρους του;
Καλησπέρα Παύλο. Σε ευχαριστώ για το σχολιασμό. Επειδή την έβαλα για επανάληψη, άφησα το κλασικό σχήμα σε λείο κεκλιμένο επίπεδο με τις δυνάμεις W, N, Fελ στον …αναγνώστη. Αν ένας υποψήφιος Θετικής Κατεύθυνσης, δεν το ξέρει παραμονές εξετάσεων, μάλλον κάτι πολύ λάθος έχει κάνει στην προετοιμασία του. Με την ευκαιρία, ας θυμηθούμε ότι στη βαθμολόγηση, τα σχήματα πιάνουν συνήθως από 0 ως 1 μόριο.
Καλησπέρα
x = 0,1 ημ(10t + π/2) υ = 1 συν(10t + π/2) α = – 10 ημ(10t + π/2)
ΣF = m α => – mg ημ30° + Fελ = – 10 ημ(10t + π/2) =>
=> Fελ = 10 ½ – 10 ημ(10t + π/2) => Fελ = 5 – 10 ημ(10t + π/2) =>
=> Fελ = 5 – 10 x/0,1 = 5 – 100x => Fελ = – 100 (x – 0,05)
Uελ = ½ k (χ – 0,05)^2
dUελ / dt = k (x – 0,05) dx/dt = k (x – 0,05) υ = 100 (0,05√3 – 0,05) (-½) =>
dUελ / dt = – 2,5 (√3 – 1) J/s
Καλησπέρα Θόδωρε. Τι ακριβώς θες να δείξεις με το σχόλιό σου; Βλέπω κάποιες εξισώσεις, που υπάρχουν ήδη στη λύση.
Αν εννοείς την παραγώγιση dUελ / dt = k (x – 0,05) dx/dt,
να πούμε – επειδή μας διαβάζουν μαθητές – ότι είναι εκτός ύλης των μαθητών Υγείας.
Από την Α΄τάξη γνωρίζουν ότι ο ρυθμός έργου είναι ισχύς και τον υπολογίζουν από το
P = |F||υ|συνφ. Δεν απαιτείται παράγωγος. Αν κάποιος μαθητής τη γράψει έτσι, προφανώς και δεχόμαστε τη λύση.
Καλησπέρα Ανδρέα,
το σχόλιο μου είναι για τη δύναμη ελατηρίου, εγώ έχω Fελ = – 100 (x – 0,05) ενώ εσύ Fελ = – 100 (x + 0,05)
Θόδωρε έχεις δίκιο. Με θετική φορά προς τα πάνω, έχω ήδη υπολογίσει Δl0 = -0,05m, αλλά στην τελική σχέση έφαγα το (-). Ευτυχώς δεν αλλάζει κάτι ουσιαστικό στην ανάλυση που ακολουθεί. Σε ευχαριστώ.