Rozwiązane

Skoczek o masie m=72kg staje na końcu trampoliny i − przygotowuje się do skoku do wody −

wprawia koniec deski w drgania o częstotliwości f=0,7Hz, nie odrywając od niej stóp.

a) Oblicz wartość siły, jaką zawodnik wywiera na swobodny koniec deski trampoliny w jej

skrajnym górnym i dolnym położeniu. Przyjmij, że amplituda drgań końca deski A=0,3m.



Odpowiedź :

Drgania trampoliny można uznać za harmoniczne. W tej sytuacji przyspieszenie końca deski:

[tex]a(t)=-A\omega^2\sin(\omega t+\phi_0)[/tex]

gdzie minus oznacza, że przyspieszenie to jest zwrócone zawsze przeciwnie do wychylenia z położenia równowagi.

W skrajnych położeniach, przyspieszenie jest maksymalne:

[tex]a=-A\omega^2[/tex]

II zasady dynamiki dla skoczka przyjmuje postać:

[tex]m\vec{a}=\vec{R}+m\vec{g}[/tex]

gdzie R to siła reakcji trampoliny, działająca na skoczka. Z III zasady dynamiki wiemy, że:

[tex]N=R[/tex]

siła nacisku, z jaką skoczek działa na trampolinę ma taką samą wartość, jak siła reakcji.

Siła ciężkości zawsze działa w dół, więc będę ją zapisywał z minusem.

Dla skrajnego, górnego położenia (przyspieszenie skierowane w dół):

[tex]-mA\omega^2=R-mg\\R=m(g-A\omega^2)\\N=R=72kg\cdot(9.81\frac{m}{s^2}-0.3m\cdot 4\cdot\pi^2\cdot0.49s^{-2})\approx288.5N[/tex]

natomiast dla skrajnego górnego położenia:

[tex]m\omega^2A=R-mg\\R=m(g+A\omega^2)\\N=R=72kg\cdot(9.81\frac{m}{s^2}+0.3m\cdot4\pi^2\cdot0.49s^{-2}))\approx1124N[/tex]

pozdrawiam