【問題】困惑(運動學)


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其實我不知道可不可以放在這

因為我覺得我的想法只有一點

如下

一根細繩繞過兩個相距2a的定滑輪(大小不計),細繩兩端分別靜止調著相同的物體A和B

現於兩個滑輪間繩子的中點處掛物體C,當C下落距離b時,其速率=v,則此時A和B的速率為何?

我知道一定跟距離有關

也知道是該用微分算

可是為什麼老師說

[d(a^2+b^2)^(1/2)]/2dt

我想說為什麼不是

[d(a^2+b^2)^(1/2)-a]/2dt

其實我還在疑惑

希望能幫忙釐清一下概念

該怎麼算

為什麼?

(微分算不出來沒關係,我想知道怎麼列式,和列式的由來)

謝謝

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妳的「相同的A、B」指的是質量相同還是密度相同或體積相同…?

另外,繩索有無質量?C點物體是接在一個動滑輪還是固定在整段繩索的中點?

另外,a應該是初始條件,所以是個常數,常數是不隨時間改變的,

遇到微分計算,自然會消失不見,所以妳說的跟妳老師講的式子雖有一點不同,但計算結果仍然相同。

關於計算速率的問題,應該可以不用微積分的方式,利用力學能守恆,應該也可以很快的得到。

還是妳打算計算運動的加速度呢?

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喔~

基本上題目完整是這樣...(而且是競賽題)

相同的A和B--------代表是完全相同的!

C接在動滑輪?我有說到動滑輪這三個字嗎?我也沒說固定吧!

繩子有無質量...恕我直言...有的話...你要怎麼算...(覺得你有點吹毛求疵)

基本上當題目沒說...通常視為無質量

對了還有

力學能守恆

很多遇到這類問題的

第一直覺用力...不行

第二用力學能守恆

重點是...你並不知道ABC三個的質量

你頂多設AB一樣....那C呢?

(題目可是沒說)

所以力學能是算不出來的....

我只想算出速度...就在那一瞬間阿!!(所以才會想到微分)

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我覺得可以先把題目想成一個靜力平衡系統來計算位移的比率。

假設對C點施力F時,A、B點計算出來的力是kF,那從能量守恆可以推出,C點位移dx時,A、B的位移是dx/2k,速率也就出來了。

註: Fdx = kF*(dx/2k) + kF*(dx/2k)

我算出來的答案是bv / sqrt(a^2 + b^2)。

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基本上...我是看不太懂啦!

不過那麼dx是怎麼回事?(這跟微分算法有何不同...可以說明一下嗎?)

還有由於它是兩邊

所以相對的各上升的長度也均分

答案是 bv/2(a^2+b^2)^(1/2)

麻煩你詳述一下你的算法

謝謝你

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正因為C下落時兩邊的繩子都會拉到所以需要均分

C下降dx,再乘上一個比率正式繩子所該移動的,而AB會均分..

(糟糕解釋的不是很好...希望你會懂...記得兩邊是會一起動的)

三力平衡...能在說明清楚一點嗎?

因為我覺得不會平衡(真糟糕)

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我是想問妳為什麼要除以2?假設a = 0,依照妳的答案:v' = bv/2(a^2+b^2)^(1/2),會得到v' = v/2,用膝蓋想也知道不對。

phy2ph3.gif

第一:a為什麼可以假設等於0.它會等於0嗎?

第二:依照我的答案...會得到v' = v/2...你怎麼求的?

基本

當它©瞬間走b,AB和起來只需走那瞬間時的某倍(長度比),所以速率是各半

第三:什麼叫作"用膝蓋想也知道不對",你沒看版規,敢撒野!!!

再者,萬一是你錯的話...過分一點...你的腦在嗎?

(最後一句若真的很過分...請版主自動砍掉這一句...有點小動怒)

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去掉就是了,我覺得這非常直觀簡單才這麼說的。

妳想想喔,C那邊其實是兩條繩子,假設sqrt(a^2+b^2)增加了dx,那C端的繩子其實是增加2dx長,平分到AB兩端自然是dx。

phy3al7.gifphy4bn2.gif

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這次的圖讓我知道我們之間為何有不同的想法了~~(圖果然重要)

(這次的圖和你之前的不一樣-你問我對不對的那次)

提醒...題目的第一句

是同一條繩子

就很像拿個掛勾把C掛在繩子的終點....

恩~這樣我們的疑惑都解除了吧?!

不過你可不可以說明或是把算法一步一步地打出來

(真的很想知道...怎麼用力解)

謝謝你...

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不不不,我的想法還不只這個,我以為這已經足夠了,你等我一下,我再畫幾張圖。

==================================================================

phy5tv1.gif

1. 把一條長度2L的繩子對折,這時高度變L。

2. 掛到滑輪組上。

3. 往兩邊拉。

4. 照你說的,兩邊都會是L/2,如此一來繩子長度變成L/2+L/2 = L了,魔術完成。

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你這個圖讓我滿臉疑惑...

你的等速也讓我滿臉疑惑

因為圖應該是你第一次的那個...

還有之前的那個第4張圖也怪怪的....-----C去哪了?

如果把你所有東西(我認為的)結合在一起

我覺得也是對的

恩~所以你也同意答案有1/2吧!^^

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基本上...我是看不太懂啦!

不過那麼dx是怎麼回事?(這跟微分算法有何不同...可以說明一下嗎?)

還有由於它是兩邊

所以相對的各上升的長度也均分

答案是 bv/2(a^2+b^2)^(1/2)

麻煩你詳述一下你的算法

謝謝你

抱歉打擾二位...

我想Esther Chang你剛開始寫的東西是沒有錯的

也就是...

d[(a^2+x^2)^(1/2)-a]/dt,觀念上是沒錯的

然後因為微分法,可以寫成

{d[(a^2+x^2)^(1/2)]dt}-(a/dt),又a為常數

故d[(a^2+x^2)^(1/2)-a]/dt=d[(a^2+x^2)^(1/2)]/dt

(這裡用x代表C所下降的位移)

然後接著算下去

運用鏈鎖律

可以知d[(a^2+x^2)^(1/2)]/dt={d[(a^2+x^2)^(1/2)]/dx}*(dx/dt)

=(1/2)[(a^2+x^2)^(-1/2)](d[a^2+x^2]/dx)*v瞬時

=(1/2)[(a^2+x^2)^(-1/2)]*(2x)*v瞬時,(此時由d(x^2)/dx所得2x的2將前方的1/2抵銷)

化簡為x*v瞬時/(a^2+x^2)^(1/2)

又此時的位移x=b,代入b及該時瞬時速率v,得AB端速率=bv / sqrt(a^2 + b^2)

我想可能是這樣...一點淺見

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phy6fp1.gif

先設法讓此系統處於力平衡,則圖中連接C的節點所受到三個力的向量合為零,不難得知:F = 2T sinθ。

現在將C緩緩向下拉一微小距離dx,設A和B上升的距離為dx'。

考慮C點輸入的功,顯然為Fdx,同理A、B點輸出的功各為Tdx'。

由能量守恆原理,輸入的總功要等於輸出的總功,於是有:Fdx = Tdx' + Tdx' = 2Tdx'

等號兩邊都除以微小時間dt,設v = dx/dt,v' = dx'/dt,則:Fv = 2Tv'

代入F = 2T sinθ,得到:2Tsinθ v = 2Tv'

整理並代入sinθ = b / sqrt(a^2+b^2),得到:v' = bv / sqrt(a^2+b^2)。

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喔~

基本上題目完整是這樣...(而且是競賽題)

相同的A和B--------代表是完全相同的!

C接在動滑輪?我有說到動滑輪這三個字嗎?我也沒說固定吧!

繩子有無質量...恕我直言...有的話...你要怎麼算...(覺得你有點吹毛求疵)

基本上當題目沒說...通常視為無質量

對了還有

力學能守恆

很多遇到這類問題的

第一直覺用力...不行

第二用力學能守恆

重點是...你並不知道ABC三個的質量

你頂多設AB一樣....那C呢?

(題目可是沒說)

所以力學能是算不出來的....

我只想算出速度...就在那一瞬間阿!!(所以才會想到微分)

妳之前也沒有交代清楚,就要別人完整的瞭解你的意思,是否適當呢?

誰知道你是要依據一道競賽題目,來進行計算?妳說我考慮繩索有質量是吹毛求疵,

妳不知道生活中的問題裡,繩索是有質量的嗎?妳之前的陳述裡沒有提到,難道我

就要認為沒有?妳有說是理想狀態嗎?至於C點的位置,另外一個人也是有類似我的

疑問,連接AB的繩索與C點懸吊物體的關係到底是可滑動的還是被綁死固定的?

直到人家畫出圖形來,妳才說清楚,這不是妳的陳述不清所引來的麻煩嗎?

妳一開始也沒說明是一道題目的轉述,我還以為你是考慮生活中的一個力學問題,

所以才問得比較多一些,妳希望別人幫妳想或者是提供妳一些想法,請妳也要注意

妳是否說得讓別人完全清楚,另外,語氣也請謙虛一些,這樣才符合網路的禮節。

至於妳所說的答案,另外那位實驗高中的同學已經把正確答案寫出來,倒推回去

可以知道妳提供的老師答案與妳的答案都是錯的,沒有必要再去除一次2。

考慮半邊的斜線長度:√(a^2+b^2)

這個量的改變,才會帶來該半邊的懸吊物的上升,故將此量對b取微分(a為常數),

即可得到兩端懸吊物上升速率VA or VB與中間點下墜速率VC的比值。

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phy6fp1.gif

先設法讓此系統處於力平衡,則圖中連接C的節點所受到三個力的向量合為零,不難得知:F = 2T sinθ。

現在將C緩緩向下拉一微小距離dx,設A和B上升的距離為dx'。

考慮C點輸入的功,顯然為Fdx,同理A、B點輸出的功各為Tdx'。

由能量守恆原理,輸入的總功要等於輸出的總功,於是有:Fdx = Tdx' + Tdx' = 2Tdx'

等號兩邊都除以微小時間dt,設v = dx/dt,v' = dx'/dt,則:Fv = 2Tv'

代入F = 2T sinθ,得到:2Tsinθ v = 2Tv'

整理並代入sinθ = b / sqrt(a^2+b^2),得到:v' = bv / sqrt(a^2+b^2)。

依照題意,這題並未說明該狀態為靜力平衡,所以認為F=2Tsinθ的說法是有問題的,

F的來源可以是用手拉造成,也可以是另一個物體的重量,不論如何,都不保證你講的假設一定成立。

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其實老實說

我真的不知道為什麼可以假設力平衡耶~

因為這樣就不用用到dx等東西啦~他必定等速率運動(不然就是不動)

就直接一長度比就型啦...跟不用用到作功

可是題目上...是後來放上C...在過程中T會變(下降時)...

再換言之...應該是加速度...

不知道我這樣講對不對

不知道我這樣講你知道我在幹嘛??

原來再我打這段文的時間內也有人跟我一樣....好開心喔

謝謝你們喔

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力平衡只是為了利用能量守恆算出dx和dx'的比率,我想這個比率只要繩子沒有彈性都不會改變。

不然也請妳推導看看妳說的結果吧,妳給的答案照現在這樣是站不住腳的。

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妳之前也沒有交代清楚,就要別人完整的瞭解你的意思,是否適當呢?

誰知道你是要依據一道競賽題目,來進行計算?妳說我考慮繩索有質量是吹毛求疵,

妳不知道生活中的問題裡,繩索是有質量的嗎?妳之前的陳述裡沒有提到,難道我

就要認為沒有?妳有說是理想狀態嗎?至於C點的位置,另外一個人也是有類似我的

疑問,連接AB的繩索與C點懸吊物體的關係到底是可滑動的還是被綁死固定的?

直到人家畫出圖形來,妳才說清楚,這不是妳的陳述不清所引來的麻煩嗎?

妳一開始也沒說明是一道題目的轉述,我還以為你是考慮生活中的一個力學問題,

所以才問得比較多一些,妳希望別人幫妳想或者是提供妳一些想法,請妳也要注意

妳是否說得讓別人完全清楚,另外,語氣也請謙虛一些,這樣才符合網路的禮節。

至於妳所說的答案,另外那位實驗高中的同學已經把正確答案寫出來,倒推回去

可以知道妳提供的老師答案與妳的答案都是錯的,沒有必要再去除一次2。

考慮半邊的斜線長度:√(a^2+b^2)

這個量的改變,才會帶來該半邊的懸吊物的上升,故將此量對b取微分(a為常數),

即可得到兩端懸吊物上升速率VA or VB與中間點下墜速率VC的比值。

謝謝你這位道德深厚的人的教導阿

如果是這樣...那競賽是不是全部都該廢了...因為我看到的也只有題目...以及後面沒有詳解的答案

你怪我說不清楚...你何不怪一下題目...我發誓題目就是那樣...我一個字也沒露...(而且我第一次就是這樣猜想...不好意思我真的覺得繩子沒特別說明是代表無質量...你是不是連空氣阻力也放進去了?對,還跟壓力有關係,那溫度你覺得怎樣?)

網路禮節...你這樣有嗎?(還有我哪讓你覺得驕傲了...?!)

你可以說,我是不會介意的,我比較介意別人說你傲慢卻沒有理由

忘了告訴你

他的答案是錯的

答案的確有1/2--------(無論是我老師還是我還是正確答案)

而且是用微分沒錯...(這是我和我老師的做法...答案沒有詳解...有的話我也想知道)

對了還有倒推是哪裡錯了???(我算回去覺得是對的)

我覺得有必要要除以2

如果你還是覺得我語氣不夠謙虛

那我也沒辦法...因為我真的覺得我沒有

而且我覺得你反倒不夠謙虛

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力平衡只是為了利用能量守恆算出dx和dx'的比率,我想這個比率只要繩子沒有彈性都不會改變。

不然也請妳推導看看妳說的結果吧,妳給的答案照現在這樣是站不住腳的。

原來大家都在...

我知道我給的答案目前站不住腳

簡單來說

當C在瞬時走b,AB需各走√(a^2+b^2)/b

因為合起來只要讓C掉b

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