Γ2.1 — Πλάτος ταλάντωσης:
Το σώμα ισορροπεί στη θέση όπου η δύναμη του ελατηρίου ισούται με το βάρος του:
$$ mg = k\Delta\ell \Rightarrow \Delta\ell = \frac{mg}{k} $$
Η ταλάντωση γίνεται γύρω από τη Θέση Ισορροπίας (Θ.Ι.) που απέχει $\Delta\ell$ από τη Θ.Φ.Μ.
Εφόσον η εκτόξευση γίνεται από τη Θ.Ι. με ταχύτητα $u$, η μέγιστη ταχύτητα ταλάντωσης είναι $u = \omega A = \sqrt{m/k}\,g$:
$$ u = \omega A \Rightarrow A = \frac{u}{\omega} = \frac{\sqrt{m/k}\,g}{\sqrt{k/m}} = \frac{mg}{{k}} $$
Όμως στην αρχική ισορροπία ισχύει $mg = k\Delta\ell$, άρα $\Delta\ell = \dfrac{mg}{k} = A$
Άρα το πλάτος είναι $A = \Delta\ell = \dfrac{mg}{k}$. Επομένως η πάνω ακραία θέση, ταυτίζεται με τη Θ.Φ.Μ. του ελατηρίου.
Γ2.2 — Λόγος τάσεων νήματος $T_1 / T_2$:
Το σώμα ταλαντώνεται γύρω από τη Θ.Ι. με πλάτος $A$. Η ταχύτητα μηδενίζεται σε δύο θέσεις: στη μέγιστη θετική (+A) και στην ελάχιστη αρνητική (−A) απομάκρυνση.
Θέση 1 ($y = -A$, δηλαδή κάτω ακραία):
Η επιμήκυνση του ελατηρίου είναι $\Delta\ell + A = 2\Delta\ell$. Άρα:
$$ F_{ελ,1} = k \cdot 2\Delta\ell = 2mg $$
Η ράβδος ισορροπεί ως προς Α, με τη ροπή του βάρους της ράβδου:
$$ T_{1y} \cdot \frac{L}{2} = W_ρ \cdot \frac{L}{2} + F_{ελ,1} \cdot L $$
$$ T_{1y} \cdot \frac{L}{2} = 2mg \cdot \frac{L}{2} + 2mg \cdot L = mgL + 2mgL = 3mgL $$
$$ T_{1y} = 6mg \Rightarrow T_1 = \frac{6mg}{\eta\mu 30°} = \frac{6mg}{1/2} = 12mg $$
Θέση 2 ($y = +A$, δηλαδή πάνω ακραία):
Η επιμήκυνση του ελατηρίου είναι $\Delta\ell - A = 0$. Άρα $F_{ελ,2} = 0$.
Τώρα η ράβδος ισορροπεί υπό το βάρος της $W_ρ = 2mg$ (στο μέσο Ο) και την τάση $T_2$:
$$ T_{2y} \cdot \frac{L}{2} = W_ρ \cdot \frac{L}{2} \Rightarrow T_{2y} = W_ρ = 2mg $$
$$ T_2 = \frac{T_{2y}}{\eta\mu 30°} = \frac{2mg}{1/2} = 4mg $$
Λόγος:
$$ \frac{T_1}{T_2} = \frac{12mg}{4mg} = 3 $$
$A = \dfrac{mg}{k}$, $\dfrac{T_1}{T_2} = 3$