在彈簧兩邊都施加大小為F的力,都向外拉,彈簧的形變數是

2021-09-13 18:01:49 字數 1015 閱讀 2364

1樓:匿名使用者

兩頭都受力的情況較複雜。假設彈簧是原長為l,質量為m,倔強係數為k的勻質細長杆。建一個座標系,使彈簧與x軸重合,且原點在彈簧左端點,當彈簧左端受大小為f2的拉力,右端受大小為f1的拉力時(此處假定f1>f2),則形變數等於(f1+f2)/(2k),過程如下:

先分析一下彈性係數k:假設長為x處的彈簧倔強係數為k(x),則根據彈簧串聯的公式,有:

對於一切x,y>0, 1/k(x+y)=1/k(x)+1/k(y)

此時如果k(x)在(0,+∞)是連續的,那麼上述方程有唯一解k(x)=c/x,c是待定係數。---------詳細過程可參考吉米多維奇的數學分析習題集第809題

因為x=l時,k(l)=k,所以c=kl , k(x)=kl/x

又設x處截面上彈簧的內力為f(x),對長度為△x的一小段彈簧運用牛二定律(此處還需假設:彈簧在運動過程中,其上任意一點的加速度都是相同的),那麼有:

(f(x+△x)-f(x))/(m△x/l)=(f1-f2)/m

(f(x+△x)-f(x))/△x=(f1-f2)/l

令△x-->0,得f'(x)=(f1-f2)/l

f(x)=(f1-f2)x/l + c

因為f(0)=f2,故c=f2

f(x)=(f1-f2)x/l + f2

假設彈簧在這樣的作用下,x處長度為△x的微段彈簧的伸長量為g(△x)

根據胡克定律可得:

g(△x)

=f(x)/k(△x)--------嚴格來說是f(x+△x)/k(△x),但計算後略去二階微量就是那個

=f(x)△x/kl

然後令△x-->0,對x從0到l積分就得到總伸長量等於(f1+f2)/(2k)

2樓:仰丹亦

f/k 可以設想一下,如果把彈簧的一頭固定在牆上,用f力拉,那麼答案必然是f/k,但仔細想想,牆是不是也對彈簧有一個f的拉力呢?如果沒有,那麼彈簧不就運動了嗎?所以這個力是有的。

類比一下,牆施加f力與手施加不是一樣的嗎?所以此題答案就是f/k

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