¿Cuál es la relación entre la velocidad promedio y la velocidad máxima para un cuerpo que se mueve linealmente con desplazamiento como a = -kx, donde k es una constante?

Esta es la ecuación del movimiento armónico simple (SHM).

Deje que la partícula que hace SHM oscile entre -A y + A, entonces A es su amplitud.

La ecuación de desplazamiento de SHM viene dada por

[matemáticas] x = A \ sin {\ omega t} [/ matemáticas]. Diferenciar este wrt. a tiempo y tenemos ecuación de velocidad

[matemáticas] v = A \ omega cos {\ omega t} [/ matemáticas]

La velocidad máxima (magnitud de la velocidad) es entonces [matemática] A \ omega [/ matemática].

Ahora la velocidad media

En una oscilación completa, la distancia recorrida por la partícula es 4A y si el período de tiempo de oscilación es T, entonces la velocidad promedio es [matemática] 4A / T = 4A / (2 \ pi / \ omega) [/ matemática].

Por lo tanto, la proporción requerida es [matemática] \ frac {4A / (2 \ pi / \ omega)} {A \ omega} = \ frac {2} {\ pi} [/ matemática]