题目
一质点沿 x 轴运动,其加速度与位置坐标的关系为 a=3x^2+4 (SI) 若质点在原点处的速度为零,试求其在任意位置 x 处的速度
一质点沿 $x$ 轴运动,其加速度与位置坐标的关系为 $a=3x^2+4$ (SI) 若质点在原点处的速度为零,试求其在任意位置 $x$ 处的速度
题目解答
答案
根据题意,$ a = v \frac{dv}{dx} = 3x^2 + 4 $。分离变量并积分得:
\[
\int_{0}^{v} v' \, dv' = \int_{0}^{x} (3x'^2 + 4) \, dx' \implies \frac{1}{2} v^2 = x^3 + 4x
\]
化简得:
\[
v = \sqrt{2x^3 + 8x} \quad (x \geq 0)
\]
此式表明,当 $ x \geq 0 $ 时,速度 $ v $ 随 $ x $ 增加而增加;当 $ x < 0 $ 时,$ v $ 无实数解,故质点仅在 $ x \geq 0 $ 区域运动。
答案:$ v = \sqrt{2x^3 + 8x} \, (x \geq 0) $。