m·กลศาสตร์ ๑–๒สอวน. ค่าย 1 · PHYSICS
คำตอบสั้น · บทที่ 7
CLASSICAL MECHANICS · PART 2
07

คำตอบสั้น · พลังงานศักย์และวิธีพลังงาน

Potential Energy & Energy Methods

ตรวจผลลัพธ์สำคัญของแต่ละข้อหลังลองทำด้วยตัวเอง ข้อพิสูจน์แสดงเฉพาะข้อสรุป และบางข้อแสดงเฉพาะปริมาณหลัก

กลับบทเรียน →

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT

คำตอบ ข้อ 7.1
[

งานไม่ขึ้นกับเส้นทางเมื่อแรงอนุรักษ์บนโดเมนที่กำหนด; งานต้องเป็นศูนย์สำหรับทุกวงปิดที่ยอมรับได้ ไม่ใช่เพียงวงเดียว

]
คำตอบ ข้อ 7.2
[

การเปลี่ยน UU เป็น U+CU+C ไม่เปลี่ยนแรง การเคลื่อนที่ หรือจุดวกกลับ เมื่อเลื่อน EE ด้วยค่าคงที่เดียวกัน

]
คำตอบ ข้อ 7.3
[

Fx(x1)<0F_x(x_1)<0; Fx(x3)>0F_x(x_3)>0; x2x_2 เป็นสมดุลเสถียร; การเพิ่ม 100J100\,\mathrm J ให้ศักย์ไม่เปลี่ยนแรงหรือเสถียรภาพ

]
คำตอบ ข้อ 7.4
[

พลังงานรวมอนุรักษ์ได้แม้ K+UK+U ไม่คงที่; ต้องรวมพลังงานภายในและระบุขอบเขตระบบให้ครบ

]
คำตอบ ข้อ 7.5
[

U=−ax2/2+bx4/4U=-ax^2/2+bx^4/4; 00 ไม่เสถียร, ±a/b\pm\sqrt{a/b} เสถียร; เกณฑ์พลังงาน v0=a/2bmv_0=a/\sqrt{2bm}

]
คำตอบ ข้อ 7.6
[

U=−F0xU=-F_0x เมื่อ 0≤x≤a0\le x\le a; U=2F0x−3F0aU=2F_0x-3F_0a เมื่อ a≤x≤2aa\le x\le2a; v0,min=2F0a/mv_{0,\min}=\sqrt{2F_0a/m}

]
คำตอบ ข้อ 7.7
[

x=0x=0 ไม่เสถียร, x=±ax=\pm a เสถียร; a1−1/2≤|x|≤a1+1/2a\sqrt{1-1/\sqrt2}\le|x|\le a\sqrt{1+1/\sqrt2}

]
คำตอบ ข้อ 7.8
[

U=kx2/2+βx4/4U=kx^2/2+\beta x^4/4; vmax=(kA2+βA4/2)/mv_{\max}=\sqrt{(kA^2+\beta A^4/2)/m}

]
คำตอบ ข้อ 7.9
[

Fx=−2U0x/(a2+x2)F_x=-2U_0x/(a^2+x^2); |F|max=U0/a|F|_{\max}=U_0/a ที่ |x|=a|x|=a

]
คำตอบ ข้อ 7.10
[

xt=K0/αx_t=K_0/\alpha; tt=2mK0/αt_t=\sqrt{2mK_0}/\alpha

]
คำตอบ ข้อ 7.11
[

Fx=−2U0xe−x2/a2/a2F_x=-2U_0xe^{-x^2/a^2}/a^2; สมดุลเสถียรที่ 00; เกณฑ์หลุดพ้น v=2U0/mv=\sqrt{2U_0/m}

]
คำตอบ ข้อ 7.12
[

U=−ka2/[2(1+x2/a2)]U=-ka^2/[2(1+x^2/a^2)]; ความลึก ka2/2ka^2/2; vesc=ak/mv_{\mathrm{esc}}=a\sqrt{k/m}

]
คำตอบ ข้อ 7.13
[

𝑭=(−kx−λy,−4ky−λx)\mathbf F=(-kx-\lambda y,-4ky-\lambda x); สมดุลที่ (0,0)(0,0); เสถียรเมื่อ |λ|<2k|\lambda|<2k

]
คำตอบ ข้อ 7.14
[

จุดกำเนิดไม่เสถียร; แรงมากที่สุดที่ r=a/2r=a/\sqrt2 โดย |F|max=2U0e−1/2/a|F|_{\max}=\sqrt2U_0e^{-1/2}/a; W=UA−UBW=U_A-U_B

]
คำตอบ ข้อ 7.15
[

U=−α(x2y+xy2)U=-\alpha(x^2y+xy^2); W=6αa3W=6\alpha a^3

]
คำตอบ ข้อ 7.16
[

Warc=παR2/2W_{\mathrm{arc}}=\pi\alpha R^2/2; Wchord=αR2W_{\mathrm{chord}}=\alpha R^2; ∇×𝑭=2α𝒌̂\nabla\times\mathbf F=2\alpha\hat{\mathbf k}

]
คำตอบ ข้อ 7.17
[

U=A(x2+y2+z2)+BxyzU=A(x^2+y^2+z^2)+Bxyz; W=−(3Aa2+Ba3)W=-(3Aa^2+Ba^3)

]
คำตอบ ข้อ 7.18
[

รอบวงกลม W=2πλW=2\pi\lambda; ศักย์เฉพาะสาขา U=−λθ+CU=-\lambda\theta+C; ไม่มีศักย์แบบค่าเดียวทั่วโดเมนเมื่อ λ≠0\lambda\ne0

]
คำตอบ ข้อ 7.19
[

𝑭=−∇U\mathbf F=-\nabla U ตั้งฉากกับเส้นศักย์เท่า; หากความเร็วสัมผัสเส้นนั้น P=0P=0 แม้แรงไม่เป็นศูนย์

]
คำตอบ ข้อ 7.20
[

U=k(x2+y2)/2+CU=k(x^2+y^2)/2+C; W=−3ka2/2W=-3ka^2/2

]
คำตอบ ข้อ 7.21
[

U=−αxy−βx−γy+CU=-\alpha xy-\beta x-\gamma y+C; สมดุล (−γ/α,−β/α)(-\gamma/\alpha,-\beta/\alpha) เป็นจุดอาน

]
คำตอบ ข้อ 7.22
[

v0,min=5gRv_{0,\min}=\sqrt{5gR}

]
คำตอบ ข้อ 7.23
[

θ=cos⁡−1(2/3)≈48.2∘\theta=\cos^{-1}(2/3)\approx48.2^\circ

]
คำตอบ ข้อ 7.24
[

Ueff=mgy(x)U_{\mathrm{eff}}=mgy(x); ±a\pm a เสถียร, 00 ไม่เสถียร; เกณฑ์พลังงาน v=2ghv=\sqrt{2gh}

]
คำตอบ ข้อ 7.25
[

μ≤1\mu\le1: สมดุลที่ 00 เสถียร; μ>1\mu>1: 00 ไม่เสถียรและ ±aμ−1\pm a\sqrt{\mu-1} เสถียร; ยอดกั้น ka2(μ−1)2/4ka^2(\mu-1)^2/4

]
คำตอบ ข้อ 7.26
[

U=kx2/2−mgxU=kx^2/2-mgx; xeq=mg/kx_{\mathrm{eq}}=mg/k; จุดกลับตัวอีกด้าน 2mg/k2mg/k; vmax=gm/kv_{\max}=g\sqrt{m/k}

]
คำตอบ ข้อ 7.27
[

dEmech/dt=−bv2≤0dE_{mech}/dt=-bv^2\le0; ΔEmech=−b∫t1t2v2dt\Delta E_{mech}=-b\int_{t_1}^{t_2}v^2\,dt; พลังงานรวมอนุรักษ์เมื่อรวมพลังงานภายในของระบบครบ

]
คำตอบ ข้อ 7.28
[

เกณฑ์พลังงาน v0=2U0/mv_0=\sqrt{2U_0/m}; ที่เท่ากันพอดีใช้เวลาอนันต์ การข้ามในเวลาจำกัดต้องมี E>U0E>U_0

]
คำตอบ ข้อ 7.29
[

Ur=kr2/2U_r=kr^2/2; งานรอบทวนเข็ม 2πλ2\pi\lambda; ครึ่งวงบนและล่าง +πλ,−πλ+\pi\lambda,-\pi\lambda

]
คำตอบ ข้อ 7.30
[

E=mv02/2E=mv_0^2/2; U=mv02x4/(2a4)U=mv_0^2x^4/(2a^4); Fx=−2mv02x3/a4F_x=-2mv_0^2x^3/a^4; จุดกลับตัว ±a\pm a และสมดุลที่ 00 เสถียร

]

ไปเรียนด้วยกัน

วิทยาการ: นายสาธิต ศิริวัชน์ (Mr.Satit Siriwach) AKA.COOLNUT