四個彈簧與一質點相連,求該質點的位移 運動方程

時間 2021-05-30 09:19:19

1樓:ZacharyJiao

沒看懂題是實話。

就按字面理解:一質點從中心由靜止釋放,被四個相同彈簧約束。

如果是這樣,那麼這個題就是乙個自由度的約束運動,尤拉-拉格朗日方程可解。

目測是乙個非線性振動。不明白何為最後靜止點。

2樓:科曼奇

這個系統沒有阻尼,能量沒辦法耗散掉,所以如果不施加額外的作用,中間的質量塊會一直振盪,而不會停下來,所以題主問「停下來之後與初始位置的距離」這種說法並不準確。但我們依然可以列出系統的運動方程,並通過求解運動方程得到質量塊在任意時刻的位置。

首先,我們需要確定質量塊所受的力。以質量塊的初始位置作為原點建立座標系,如圖1所示。

圖1 建立直角座標系

系統和外力都是左右對稱的,故可判斷質量塊的運動軌跡始終在y軸上。假設質量塊有乙個位移y,則上下兩根彈簧對質量塊的反力為

左右兩根彈簧的反力如圖2所示,由於對稱的緣故,我們只分析左側彈簧的受力

圖2 左側彈簧的受力

左側彈簧的伸長量為

故左側彈簧的反力

將反力沿座標軸分解,兩根彈簧x方向的反力平衡,y方向的合力為

弄清楚彈簧的反力後,則可根據牛頓第二定律列出運動方程

整理後得到

這個方程是個非線性的二階微分方程,因此並不容易得到解析解,但可以通過數值方法來求解。

取,,,,,,

用matlab模擬了質量塊在0~5s的運動情況,如圖3所示

圖3 系統的運動情況(從上至下依次是位移,速度和加速度)

從圖上可以看到,質量塊的位移、速度和加速度都在逐漸增大,也就是說系統的能量在不斷增大,但實際上並沒有給系統輸入能量,這是為什麼呢?這是由於系統運動方程是個非線性的微分方程,對初值、數值計算方法和時間步長都有要求,否則會出現不穩定的現象,這裡涉及到非線性振動的知識,就不一一展開了。

3樓:莊月

隨便答答

首先,四根彈簧的合力會是乙個和重力相反的,大小為mg的力。

至於具體變化過程和分布

左右兩根彈簧可以先忽略,如果只有上下兩根彈簧呢?那將會是乙個什麼運動?有一方阻力的阻尼運動?原諒我6年遠離物理。

很簡單的啦……不過手機螢幕太小,我寫不下所有過程啦。

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