简单甩鞭子会发出响声,具体过程科学家仍然没有统一的结论!( 三 )



dx/dt 为什么是负二倍 , 因为 往前走了一步 , 上下各是半步 。 最后把三个式子进行联立 , 就得到这个微分方程 。 最后还要知道初始的边际条件 , 微分方程才得以求解!

初始条件就是在最开始时候 , x 实际上就是l, 而速度v 就是v0 , 我们把这些结果进行求解 , 就可以得到底下这段儿绳子是如何随时间变化的!这里只用到牛顿第二定律 , 微分方程可以外网上利用软件求解 , 结果为

当然这个模型是非常粗糙的 , 如果严格按照这个方法 , 沿着这个绳子到完全打开的话 , 那么底下剩下这段长度x就是随着时间如此变化的 。 我们可以画出一个纵坐标是x 横坐标是t的图 。 就很清楚知道这个x 越来越小越来越小 , 最后呢就会变成零 。

在时间t=4L/3v0的时候 , x就会减为零 , 意味着鞭子伸直 。
不仅如此 , 我们还可以把速度算出来 。

显然t=0时 , 速度v=v0零 。 x 趋近于零的时候 , 这个分母也会接近于零 , 所以速度就会变成无穷大 , 符合我们最开始的一个设想 。

我们还可以算出加速度来 , 观察式子 , 当分母趋近于零的时 , 也就是x 趋近于零的时候 , a趋于无穷大 , 也符合我们之前的预期 。

最后我们还可以算出动能来 , 结果说明整个的动能是跟时间没有关系的 。 随着时间的增长 , 动能叠加的确是守恒!

这种牛顿第二定律的方法依然得到了能量是守恒的 , 这个结论也会得到了 。 最后质量趋近于零的时候 , 速度会变成无穷 , 加速度也会变成无穷 , 也符合实验结果 。 但是不管是用能量守恒的方法还是牛二律的方法 , 他们得出的结论一致!

推荐阅读