在光滑水平面上有一彈簧振子,彈簧的勁度系數(shù)為k,振子質(zhì)量為M,振動的最大速度為v
0.如圖所示.當(dāng)振子在最大位移為A的時刻把質(zhì)量為m的物體輕放其上,則
(1)要保持物體和振子一起振動,二者間摩擦因數(shù)至少是多少?
(2)一起振動時,二者經(jīng)過平衡位置的速度多大?振幅又是多大?
(1)放物體后,假定一起振動,則可以產(chǎn)生最大加速度為:a=
此時摩擦力最大,以m為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律:f=ma=
又f=μmg
得:μ=
即要保持物體和振子一起振動,二者間摩擦因數(shù)至少是
.
(2)由于物體m是在最大位移處放在M上的,放上后并沒有改變系統(tǒng)的機(jī)械能.振動中機(jī)械能守恒,經(jīng)過平衡位置時,彈簧為原長,彈性勢能為零,則有:
(M+m)v
2=
Mv
02解得:v=v
0物體和振子在最大位移處,動能為零,勢能最大,這個勢能與沒放物體前相同,所以彈簧的最大形變是相同的,即振幅還是為A.
答:(1)要保持物體和振子一起振動,二者間摩擦因數(shù)至少是
.
(2)一起振動時,二者經(jīng)過平衡位置的速度是v
0,振幅是A.