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[Risolto] Esercizio moto armonico quarto superiore

  

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Un galleggiante è formato da un lungo cilindro di materiale a bassa densità di sezione $A=4,0 \mathrm{~cm}^2$, appesantito da una sfera di metallo in modo che galleggi mantenendosi verticale. L'oggetto ha una massa $m=180 \mathrm{~g}$ ed è immerso in acqua (densità $1,00 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3$ ). Se lo immergi un poco e lo lasci andare, il galleggiante oscilla. Supponi che la densità del cilindro sia trascurabile e che l'attrito non influenzi in modo apprezzabile le prime oscillazioni.

Screenshot 2024 01 25 10.27.25

Dimostrare che il moto seguente è armonico e trovare il suo periodo

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Un moto è armonico se l'accelerazione a è proporzionale allo spostamento x; la costante di proporzionalità è la pulsazione al quadrato = ω^2;

ω = 2 π/ T; dove T è il periodo.

a = F / m;

a = ω^2 * x,

F è la forza di Archimede che dipende dal volume immerso dalla boa:

F = d g * (V immerso);

chiamiamo x l'altezza immersa in acqua della boa;

V immerso = A * x

F = d  g  (A * x);

Usiamo le unità di misura del sistema internazionale S.I.

Area = 4,0 * 10^-4 m^2; 

d = 1000 kg/m^3;  m = 0,180 kg; 

a = F / m;

a = d  g  (A * x) / m;

d g A / m = costante;  (a = ω^2 * x, è un moto armonico, la boa va su e giù se x varia);

ω^2 = d g A / m;

ω^2 = 1000 * 9,8 * 4,0 * 10^-4 / 0,180 = 21,8, costante del moto armonico ;

a = 21,8 * x;

ω = radicequadrata(21,8) = 4,67 rad/s;

T = 2 π/ω = 6,28 / 4,67 = 1,3 s; periodo.

Ciao @fhsucks

 

  1. @mg Ma la forza peso? Sull'oggetto non agisce anche la forza peso oltre alla forza di Archimede?

@fhsucks Sì agisce la forza peso. In caso di equilibrio quando F Archimede = F peso, la boa è ferma. Se con una forza dall'esterno la boa viene spinta verso il basso di un tratto x, la forza di Archimede aumenta perché aumenta il volume immerso di A * x; quindi F Archimede > F peso e la boa accelera verso l'alto, acquista velocità e sale di un tratto x, quindi la forza di Archimede diminuisce e il peso supera la F Archimede. Così la boa scende, il volume immerso aumenta di nuovo e la forza verso l'alto supera il peso. La boa risale, si muove fra + x e - x di moto armonico.  Non so se mi sono spiegata. Prova con un tappo di sughero che galleggia in una bacinella d'acqua. Ciao.



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