Vilken hastighet har Frida när hon passerar jämviktsläget?
Hej! Jag har fastnat på a) uppgiften och får hastigheten till 30,25 m/s istället för 24 m/s som är rätt svar. Vad gör jag för fel?
A är inte 25.
Börja med att räkna ut jämnviktslägets position, (Hooks lag) dvs hur långt är linan uttänjd när Frida hänger i linan utan att den oscillerar.
Hastigheten när hon passerar jämnviktsläget första gången bestämmer man säkrast med en energibetraktelse.
Det är ju möjligt att Frida i de första oscillationerna töjer linan så mycket på nedvägen att hon på uppvägen passerar 25 m nivån då linan får ett slack. I det fallet gäller inte det samband som du använde för att bestämma hastigheten.
Jag tänker att följande formel ska nyttjas:
(k*A^2)/2 = (k*l)/2 + mv^2/2
Men hur tar man reda på A?
Det verkar som om du tror att amplituden på svängningen är 25 m. Hur kom du fram till det värdet?
Ett alternativ är att titta på energin.
Den potentiella energin kan skrivas (k/2)x2 där x är avståndet till jämviktsläget. Den mekaniska energin E bevaras (om vi försummar förluster).
(m/2)v2 + (k/2)x2 = E = konstant.
Du kan beräkna värdet på E genom att betrakta vad som gäller i läget då linan precis börjar spännas.
Det är viktigt att vara tydlig med vad man menar med sina beteckningar.
jämnviktsläget bestämmer vi med Hooks lag, F = kx där F är kraften, k är fjäderkonstanten och x är töjningen
Kraften ges av mg dvs Fridas massa gånger tyngdaccelerationen
Därmed får vi
mg= kx, x = mg/k och jämnviktsläget är alltså mg/k
Mekaniska energin i jämnviktsläget ges av
mgh = mv2/2 + ks2/2
där
mgh är lägesenergin när Frida står på bron,
mv2/ är rörelseenergin när hon passerar jämnviktsläget
ks2/2 är i linan lagrad energi där s är töjningen i jämnviktsläget som vi beräknade högre upp idet här inlägget
För att underlätta bör du rita en skiss över situationen så du får rätt på alla siffror och avstånd
Får fortfarande inte det att stämma ?
Du använder fel värde på h och fel värde på m.
m är enligt uppgiften 58 kg
h får du fram rätt värde på om du ritar upp situationen och ser hur långt hon fallit när hon passerar jämnviktsläget
Visa spoiler
först faller hon 25 m innan linan börjar sträckas, sen faller hon ytterligare en bit till jämnviktsläget dvs mg/k meter
h = 25+mg/k
Förstod bättre med en ritning. Nu stämmer det, tack för hjälpen!