Два тела, соединенные пружиной

Я столкнулся с проблемой. Речь идет о двух телах одинаковой массы, соединенных пружиной с коэффициентом к и длина л 0 . Внезапно постоянная сила Ф применяется к первому телу. Найдите минимальное и максимальное расстояние между телами. Рисунок иллюстрирует проблему.

введите описание изображения здесь

Попытки решения : Думаю, идея этой задачи должна быть аналогична идее задачи, где вместо двух тел есть только левое тело, к которому приложена сила. А правое тело заменено стеной. Тогда решение очень простое, используя закон сохранения энергии, мы находим, что минимальное расстояние равно л 0 2 Ф / к а максимальное расстояние - это длина пружины.

Для исходной задачи закон сохранения энергии дает: Вт Ф "=" К 1 + К 2 U п о т , где Вт Ф "=" Ф Икс 1 - работа, совершаемая силой Ф на расстоянии Икс 1 и К 1 , К 2 - кинетические энергии обоих тел, U п о т "=" ( л 0 ( Икс 2 Икс 1 ) ) 2 к / 2 . Тогда минимальное расстояние будет, когда обе кинетические энергии равны. К 1 "=" К 2 "=" К . Но этого недостаточно.

В : Я двигаюсь в правильном направлении? Если да, то что еще нужно добавить к закону сохранения энергии, чтобы получить решение?

PS : Я решил уравнения движения для этих двух тел и построил соответствующие кинетические и потенциальные энергии. Может быть, это может быть полезно.введите описание изображения здесь

Если к системе приложена устойчивая постоянная сила F, то вы не можете использовать закон сохранения энергии в том виде, в каком вы написали уравнение, потому что оно игнорирует тот факт, что сила F непрерывно добавляет в систему все больше и больше энергии.
@SamuelWeir, почему бы и нет? Сумма кинетической и потенциальной энергий будет равна работе силы F, отражающей рост энергии системы.
К сожалению, извините, я слишком быстро прочитал ваш абзац и не заметил, что вы на самом деле включили работу, проделанную Ф. Как вы заметили, сохранения энергии недостаточно.
Попробуйте использовать ваш метод в системе отсчета центра масс. Это не инерционная система отсчета, поэтому вам следует добавить работу фиктивных сил. Но там промежуточная точка пружины закреплена, так что она эквивалентна стене...
Возможный дубликат: physics.stackexchange.com/questions/61809/…
В качестве альтернативы решите уравнения движения.
@GCLL: единственный способ, правда...

Ответы (1)

Суммарная сила, приложенная к системе, равна Ф , поэтому ускорение центра масс равно а "=" Ф 2 м . В центре рамы закреплена середина пружины, поэтому задача эквивалентна задаче с массой. м (левая) соединена с неподвижной точкой пружиной с постоянной 2 к (настоящая пружина состоит из двух из них последовательно). Помимо силы пружины, полная сила, приложенная к этой массе, равна Ф плюс фиктивная сила Ф ф "=" м а "=" Ф 2 поэтому полная сила Ф 2 . Теперь вы можете использовать сохранение

Е "=" К + 1 2 ( 2 к ) ( Икс + л 0 2 ) 2 Ф 2 Икс
где последний член минус работа, совершаемая внешней и фиктивной силой над массой, и Икс - его положение (слева от неподвижной точки). Изначально Икс "=" л 0 2 и К "=" 0 . Когда сжатие пружины максимально К "=" 0 а расстояние между двумя массами равно д "=" 2 Икс так
Ф л 0 4 "=" 1 2 ( 2 к ) ( л 0 2 г 2 ) 2 + Ф д 4
Решая вы получаете
г "=" л 0 Ф к

Спасибо. Я думал о центре масс, но так и не продолжил.