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瞬时冲量使运动停止的条件

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hbghlyj 发表于 2023-1-18 05:11 |阅读模式


2019积分变换Sheet 1的第3题
考虑弹簧上的质点,其中弹簧的伸长量 $x(t)$ 满足 $$m \ddot{x}+k x=I δ(t-T),$$ 其中 $m$ 是质量,$k>0$ 是弹簧常数。设 $x(0)=a$ 和 $\dot{x}(0)=0$。在 $t=T$ 时刻施加瞬时冲量 $I$ 到质点上。
求 $t>0$ 时质点的运动,并找到关于 $I$ 和 $T$ 需满足的条件使运动完全停止。从物理上解释结果。
上面这道题如何解呢?

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-1-18 05:53

试着写写

本帖最后由 hbghlyj 于 2023-1-28 02:32 编辑

The general solutions to $m\ddot x+kx=0$ is$$x(t)=\begin{cases}A\cos\left(\sqrt{\frac km}t\right)+B\sin\left(\sqrt{\frac km}t\right)&t<T\\C\cos\left(\sqrt{\frac km}t\right)+D\sin\left(\sqrt{\frac km}t\right)&t>T\end{cases}$$For $t<T$, the initial conditions $x(0)=a$ and $\dot{x}(0)=0$ imply $A=a$ and $B=0$.\begin{gathered}x\text{ continuous at }T⇒(C-a)\cos\left(\sqrt{\frac km}T\right)+D\sin\left(\sqrt{\frac km}T\right)=0\\ x'_+(T)-x'_-(T)=\frac Im⇒-(C-a)\sin\left(\sqrt{\frac km}T\right)+D\cos\left(\sqrt{\frac km}T\right)={I\over\sqrt{mk}}\end{gathered}Solving these linear equations, we get\begin{align*}C&=a-{I\over\sqrt{mk}}\sin\left(\sqrt{k\over m}T\right)\\D&={I\over\sqrt{mk}}\cos\left(\sqrt{k\over m}T\right)\end{align*}这就求出了质点的运动(对吗?)。然后怎么求出 $I$ 和 $T$ 使运动完全停止呢

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-1-28 09:32
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-2-3 17:53 编辑
hbghlyj 发表于 2023-1-17 22:53
...然后怎么求出 $I$ 和 $T$ 使运动完全停止呢

运动完全停止 等价于$C=D=0$
$D=0$推出$\sqrt{k\over m}T=n\pi+\frac\pi2,n\in\Bbb Z$
所以$T=(n\pi+\frac\pi2)\sqrt{m\over k}$
代入$C=0$得$I=(-1)^na\sqrt{mk}$

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