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已知G M V1 X1是常数,|x|是位移x的模.求位移x与时间t的关系式.

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/05/25 11:54:20
已知G M V1 X1是常数,|x|是位移x的模.求位移x与时间t的关系式.
打错了第一个式子,d2x/dt改成d2x/dt2
设dx/dt=v,则d²x/dt²=dv/dt=(dv/dx)(dx/dt)=v(dv/dx),代入原式得:
v(dv/dx)=-mgx/︱x︱³,当x>0时有v(dv/dx)=-mg/x²,即有vdv=-mgdx/x²,
积分之得v²/2=mg/x+C₁;用初始条件代入得C₁=v²₁/2-mg/x₁.
故v=dx/dt=√[2mg/x+2C₁)]
分离变量得dx/√[2mg/x+2C₁]=dt
∫(√x)dx/√(mg+C₁x)=(√2)dx
(暂停,待续)
再问: 后面怎么是dx了dt跑到哪里去了??
再答: 因为有事,急着离开,写错了: 分离变量得dx/√[(mg/x)+C₁]=(√2)dt ∫√[x/(mg+C₁x)]dx=(√2)∫dt,即有(1/√C₁)∫√[x/(mg/C₁+x)]=(√2)∫dt..............(1) 左边的积分套用公式:∫√[(a+x)/(b+x)]dx=√[(a+x)(b+x)]+(a-b)ln[√(a+x)+√(b+x)]+C 其中a=0,b=mg/C₁. 故由(1)得: (1/√C₁){√[x(mg/C₁+x)]-(mg/C₁)ln[√x+√(mg/C₁+x)]}=(√2)t+C₂ 即有√(mgx+C₁x²)-(1/√C₁)(mg/C₁)ln[√x+√(mg/C₁+x)]=(√2)t+C₂.............(2) 用t=0时x=x₁代入得C₂=√(mgx₁+C₁x²₁)-(1/√C₁)(mg/C₁)ln[√x₁+√(mg/C₁+x₁)] 把C₁,C₂代入(2)式即得原二阶微分方程的解。这个函数式子很麻烦!
再问: 你没有考虑什么时候是 v=dx/dt=√[2mg/x+2C] 什么时候是 v=dx/dt=-√[2mg/x+2C] 所以代出来的关系式是不准确的 请再仔细分析下
再答: 积分之得v²/2=mg/x+C₁;[用初始条件代入得C₁=v²₁/2-mg/x₁]. 故v=dx/dt=√[2mg/x+2C₁)],把C₁=v²₁/2-mg/x₁代进去会使后面的运算很麻烦,故没 有代入。什么时候是v=dx/dt=-√[2mg/x+2C]?? v²/2=mg/x+C₁,故v²=2mg/x+2C₁,两边开方即得v=√[2mg/x+2C₁)],由于v=dx/dt,故 dx/dt=√[2mg/x+2C₁)],这是很自然的运算,还存在“什么时候”的问题吗?我不明白你 的问题是什么意思?
再问: [ 接上次追问 ] 速度V的方向 是由位移X的 变化量 为负值还是为正值 来确定的,你没有仔细考虑 “速度方向性”问题!在位移大于零的时候, 当位移的变化量为负值的时候,那么速度方向就与位移方向相反了,就要带上负号;反之就带上正号。 (我的上述给的C与你C1是一样的,只是这个1不好打出来,所以我用C来表示了) 而V的平方 开根 是有正负号的,这个速度V的正负号是由速度的方向来确定的。 上述中的"速度"是不恒为一个方向的!
再答: 你是指根号前的符号问题?我知道有此问题,本想在解答后再作讨论,但因为积分常数太 烦人,故没再作了。我只给你解决了解方程的问题,至于积分常数和符号问题,请你自己 根据问题的物理意义自己解决,好吗?
再问: 由于这个速度方向是周期性的,所以不好解决,求高手解答
再答: 在你的原始方程里有︱x︱³;当x>0时方程为d²x/dt²+mg/x²=0;当x0);得v=±√[2(mg/x)+2C₁],这里又有正负号的选取问题; 为使运算简便我又只作了取正号的情况。 因此符号问题有四种情况,你就按四种情况分别求解吧!至于周期性,从方程看 不出来。你的原始问题是什么,我不清楚。所以我无法提供更多的参考意见。