m·กลศาสตร์ ๑–๒สอวน. ค่าย 1 · PHYSICS
คำตอบสั้น · บทที่ 8
CLASSICAL MECHANICS · PART 2
08

คำตอบสั้น · การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย

Simple Harmonic Motion

ตรวจผลลัพธ์สำคัญของแต่ละข้อหลังลองทำด้วยตัวเอง ข้อพิสูจน์แสดงเฉพาะข้อสรุป และบางข้อแสดงเฉพาะปริมาณหลัก

กลับบทเรียน →

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

คำตอบ ข้อ 8.1
[

การเคลื่อนที่เป็นคาบไม่จำเป็นต้องเป็น SHM; เงื่อนไข SHM คือ a=−ω2ξa=-\omega^2\xi โดย ω>0\omega>0 คงที่

]
คำตอบ ข้อ 8.2
[

เป็น SHM รอบสมดุล x=bx=b ไม่ใช่รอบ x=0x=0

]
คำตอบ ข้อ 8.3
[

ก่อนผ่านสมดุล (ξ,v,a)=(+,−,−)(\xi,v,a)=(+,-,-); ขณะผ่านสมดุล (0,−,0)(0,-,0) และอัตราเร็วสูงสุด

]
คำตอบ ข้อ 8.4
[

ต้องใช้การประมาณมุมเล็กกับสมการไม่เชิงเส้นก่อน; หน่วยที่ถูกต้องเพียงอย่างเดียวไม่รับรองว่าแบบจำลองถูกต้อง

]
คำตอบ ข้อ 8.5
[

x(t)=x0cos⁡ωt+(v0/ω)sin⁡ωtx(t)=x_0\cos\omega t+(v_0/\omega)\sin\omega t เมื่อ ω>0\omega>0

]
คำตอบ ข้อ 8.6
[

ในรูป x=Acos⁡(ωt+ϕ)x=A\cos(\omega t+\phi) ได้ ϕ=4π/3\phi=4\pi/3

]
คำตอบ ข้อ 8.7
[

x=(v0/ω)sin⁡ωtx=(v_0/\omega)\sin\omega t; tfirst=π/(6ω)=T/12t_{\mathrm{first}}=\pi/(6\omega)=T/12

]
คำตอบ ข้อ 8.8
[

สัดส่วนเวลา 1/31/3

]
คำตอบ ข้อ 8.9
[

T2/T1=λ/μT_2/T_1=\sqrt{\lambda/\mu}; vmax⁡,2/vmax⁡,1=μ/λv_{\max,2}/v_{\max,1}=\sqrt{\mu/\lambda} เมื่อแอมพลิจูดเท่ากัน

]
คำตอบ ข้อ 8.10
[

ω=−a0/x0\omega=\sqrt{-a_0/x_0}; A=x02−v02x0/a0A=\sqrt{x_0^2-v_0^2x_0/a_0}

]
คำตอบ ข้อ 8.11
[

t=π/(6ω),5π/(6ω),7π/(6ω),11π/(6ω)t=\pi/(6\omega),\ 5\pi/(6\omega),\ 7\pi/(6\omega),\ 11\pi/(6\omega)

]
คำตอบ ข้อ 8.12
[

⟨x2⟩=A2/2\langle x^2\rangle=A^2/2; ⟨a2⟩=ω4A2/2\langle a^2\rangle=\omega^4A^2/2

]
คำตอบ ข้อ 8.13
[

|x|/A=1/2|x|/A=1/2; สัดส่วนเวลาที่ K>3UK>3U เท่ากับ 1/31/3

]
คำตอบ ข้อ 8.14
[

k/m=(2E/m−v12)/x12k/m=(2E/m-v_1^2)/x_1^2 เมื่อ x1≠0x_1\ne0; ที่ x1=0x_1=0 ข้อมูลนี้หา kk ไม่ได้

]
คำตอบ ข้อ 8.15
[

T=2π/sT=2\pi/\sqrt{s}

]
คำตอบ ข้อ 8.16
[

(ẋ,v̇)=(ωA,0)(\dot x,\dot v)=(\omega A,0) ณ จุดกำหนด; เดินรอบวงรีตามเข็มนาฬิกา

]
คำตอบ ข้อ 8.17
[

T=2πm/kT=2\pi\sqrt{m/k}

]
คำตอบ ข้อ 8.18
[

⟨K⟩=⟨U⟩=E/2\langle K\rangle=\langle U\rangle=E/2

]
คำตอบ ข้อ 8.19
[

AB=AA/2A_B=A_A/2; ωB=2ωA\omega_B=2\omega_A; vmax⁡,B=vmax⁡,Av_{\max,B}=v_{\max,A}

]
คำตอบ ข้อ 8.20
[

ω=16rad/s\omega=16\,\mathrm{rad/s}; T=π/8≈0.393sT=\pi/8\approx0.393\,\mathrm s

]
คำตอบ ข้อ 8.21
[

T=2πd/g=2πm/kT=2\pi\sqrt{d/g}=2\pi\sqrt{m/k}; เปลี่ยนดาวทำให้ระยะสมดุลเปลี่ยน แต่คาบไม่เปลี่ยนเมื่อ m,km,k เดิม

]
คำตอบ ข้อ 8.22
[

xeq=mgsin⁡α/kx_{\mathrm{eq}}=mg\sin\alpha/k; T=2πm/kT=2\pi\sqrt{m/k}

]
คำตอบ ข้อ 8.23
[

ω=(k1+k2)/m\omega=\sqrt{(k_1+k_2)/m}

]
คำตอบ ข้อ 8.24
[

00 ไม่เสถียร; ±α/β\pm\sqrt{\alpha/\beta} เสถียร; ความถี่เชิงมุมการสั่นเล็ก 2α/m\sqrt{2\alpha/m}

]
คำตอบ ข้อ 8.25
[

ω0=k/m\omega_0=\sqrt{k/m} ในขีดจำกัดแอมพลิจูดเล็ก; แรงจริง F=−kx−4λx3F=-kx-4\lambda x^3

]
คำตอบ ข้อ 8.26
[

สมดุลเสถียรแต่ไม่ใช่ SHM; T∝A−1m/αT\propto A^{-1}\sqrt{m/\alpha}

]
คำตอบ ข้อ 8.27
[

xeq,new=F0/kx_{\mathrm{eq,new}}=F_0/k; Anew=(x0−F0/k)2+(v0/ω)2A_{\mathrm{new}}=\sqrt{(x_0-F_0/k)^2+(v_0/\omega)^2}

]
คำตอบ ข้อ 8.28
[

A2=xs2+mvs2/k2A_2=\sqrt{x_s^2+mv_s^2/k_2}; E2−E1=(k2−k1)xs2/2E_2-E_1=(k_2-k_1)x_s^2/2

]
คำตอบ ข้อ 8.29
[

|θ|≲0.06≈0.245rad≈14∘|\theta|\lesssim\sqrt{0.06}\approx0.245\,\mathrm{rad}\approx14^\circ สำหรับเกณฑ์คร่าว ๆ ของพจน์แรง

]
คำตอบ ข้อ 8.30
[

ω=2c2/m\omega=\sqrt{2c_2/m} เมื่อ c2>0c_2>0; [cn]=J/mn[c_n]=\mathrm{J/m^n}; ถ้าพจน์นำเป็น c4(x−x0)4>0c_4(x-x_0)^4>0 จะเสถียรแต่ไม่ใช่ SHM

]

ไปเรียนด้วยกัน

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