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发帖中学生也能看懂:均质弹簧在重力作用下的自然拉伸

只看楼主收藏回复

这个问题本身比较简单。有趣的是这个问题仅使用中学的知识也给出解答。


IP属地:四川1楼2021-09-07 12:34回复
    我们先不考虑挂上重物的情况,这样以来问题得到简化,最后挂上重物的问题留给广大有兴趣的中学生朋友。


    IP属地:四川2楼2021-09-07 12:36
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      2026-01-08 05:05:20
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      首先我们明确各项参数,弹簧原长为L,总质量为m,重力加速度为g,然后将它垂直悬挂于天花板上,在重力的作用下达到平衡。
      首先可以注意到,弹簧各处的拉力是不一样的,由于越靠近顶端其承受的重量越大,所以弹簧越往上,拉伸越厉害。
      这里我们还要考虑如何去讨论这个拉伸,以及如何标记讨论的是哪一处的拉伸。


      IP属地:四川3楼2021-09-07 12:41
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        首先我们按原长松弛的状态,把弹簧分成若干份,每一份都很短,长度为Δx,同时按照原长松弛的弹簧上端 为原点,做弹簧上的点定位,并且坐标记为x。


        IP属地:四川4楼2021-09-07 12:46
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          IP属地:四川5楼2021-09-07 12:47
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            补充一下,如果Δx的弹簧长度增加了Δu,则拉力为k(Δu/Δx),
            那么在x处,需要拉起的重量为mg(L-x)/L,则有mg(L-x)/L = k(Δu/Δx)。
            我们以x为横坐标,Δu/Δx(拉伸程度)为纵坐标画出弹簧的拉升程度变化。


            IP属地:四川6楼2021-09-07 12:55
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              可以卡到拉伸程度是一个线性变化的规律,又是一个三角形,这样不由得使人联想到匀减速速运动求路程的的面积方法。


              IP属地:四川7楼2021-09-07 13:03
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                我们来试一下,把弹簧长度分成n份,下面在n很大时,我们略去约等于和等于的区别

                总的伸长量 = Δu1+Δu2+。。。+Δun = (Δu1/Δx1)Δx1 + (Δu2/Δx2)Δx2 +。。。+ (Δun/Δxn)/Δxn = 三角形的面积
                因此L原长的弹簧总的伸长了0.5*mgL/k,即总的长度变成了L+0.5*mgL/k


                IP属地:四川8楼2021-09-07 13:11
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                  2026-01-08 04:59:20
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                  帮顶,我只记得结论了


                  IP属地:广东来自Android客户端9楼2021-09-07 13:13
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                    按照这样的思路,不仅对L总长有效。我们完全可以观察弹簧原长任意处x点,在重力作用后变到了哪个位置(原长x加上伸长量),注意此时的伸长量是按照梯形面积计算的。

                    同理如果弹簧下面吊一个重物M,思路也是一样的,所以。


                    IP属地:四川10楼2021-09-07 13:18
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                      我也是用微元求和得解的


                      IP属地:湖北来自iPhone客户端11楼2021-09-07 17:49
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                        程书的振动那一章就是用的这个方法(线性→取中值),但要再算弹性势能和重力势能还是得靠微积分(


                        IP属地:陕西来自Android客户端12楼2021-09-07 18:57
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                          现代中学生没有你想的那么弱哦


                          IP属地:陕西来自Android客户端13楼2021-09-07 22:52
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                            楼主,这个k的单位是啥?如果是一般的弹性系数,这个量纲就不对了呀


                            IP属地:安徽来自Android客户端15楼2022-09-20 11:39
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