„Mechanika - Túlcsillapított rezgés” változatai közötti eltérés
A Fizipedia wikiből
(Új oldal, tartalma: „<noinclude> Kategória:Kísérleti fizika gyakorlat 1. Kategória:Szerkesztő:Gombkötő Kategória:Mechanika {{Kísérleti fizika gyakorlat | tárgynév = …”) |
(→Feladat) |
||
8. sor: | 8. sor: | ||
}} | }} | ||
== Feladat == | == Feladat == | ||
− | </noinclude><wlatex># (**6.30.) Egy $0,5\,\rm{kg}$ tömegű testet olyan rugóra függesztünk, amely $0,1\,\rm N$ erő hatására $8\,\rm{cm}$-rel nyúlik meg. A testre mozgása során sebességével arányos ellenállás hat, amely $0,01\,\rm{\frac ms}$ sebesség esetén $0,05\,\rm N$. A $t=0$ pillanatban a | + | </noinclude><wlatex># (**6.30.) Egy $0,5\,\rm{kg}$ tömegű testet olyan rugóra függesztünk, amely $0,1\,\rm N$ erő hatására $8\,\rm{cm}$-rel nyúlik meg. A testre mozgása során sebességével arányos ellenállás hat, amely $0,01\,\rm{\frac ms}$ sebesség esetén $0,05\,\rm N$. A $t=0$ pillanatban a testet $5\,\rm{cm}$-rel kimozdítjuk egyensúlyi helyzetéből, és kezdősebesség nélkül indítjuk. Határozzuk meg a test mozgását!</wlatex><includeonly><wlatex>{{Útmutatás|content=Állapítsuk meg, hogy a csillapított rezgés melyik alesetéről van szó, és vegyünk fel egy ahhoz illeszkdeő általános megoldást.}}{{Végeredmény|content=$$x(t)=e^{-5t}[0,0527\sinh(4,74t)+0,05\cosh(4,74t)],$$ ahol a számértékek SI alapegységben értendők.}}</wlatex></includeonly><noinclude> |
+ | |||
== Megoldás == | == Megoldás == | ||
<wlatex>A rugóállandó $D=1,25\,\rm{\frac Nm}$, így a csillapítatlan sajátrezgés körfrekvenciája $\omega_0=\sqrt{2,5}\,\frac1{\rm s}$, a közegellenállási erő együtthatója $k=5\,\rm{\frac{Ns}m}$, így a csillapítási tényező $\beta=5\,\frac1{\rm s}$. Mivel $\beta>\omega_0$, a rezgés túlcsillapított. Az ehhez tartozó általános megoldás egyik lehetséges (és praktikus) alakja: $$x(t)=e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)],$$ melyben a $c_1$ és $c_2$ állandókat a kezdeti feltételek határozzák meg, valamint $\gamma=\sqrt{\beta^2-\omega_0^2}=4,74\,\frac1{\rm s}$. $$x(0)=1(c_1 0+c_2 1)=c_2=5\, \rm{cm}$$ $$\dot x(t)=-\beta e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)]+e^{-\beta t}[c_1\gamma\cosh(\gamma t)+c_2\gamma\sinh(\gamma t)]$$ $$\dot x(0)=c_1\gamma-c_2\beta=0,$$ melyből $$c_1=\frac{c_2\beta}{\gamma}=5,27\,\rm{cm}$$</wlatex> | <wlatex>A rugóállandó $D=1,25\,\rm{\frac Nm}$, így a csillapítatlan sajátrezgés körfrekvenciája $\omega_0=\sqrt{2,5}\,\frac1{\rm s}$, a közegellenállási erő együtthatója $k=5\,\rm{\frac{Ns}m}$, így a csillapítási tényező $\beta=5\,\frac1{\rm s}$. Mivel $\beta>\omega_0$, a rezgés túlcsillapított. Az ehhez tartozó általános megoldás egyik lehetséges (és praktikus) alakja: $$x(t)=e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)],$$ melyben a $c_1$ és $c_2$ állandókat a kezdeti feltételek határozzák meg, valamint $\gamma=\sqrt{\beta^2-\omega_0^2}=4,74\,\frac1{\rm s}$. $$x(0)=1(c_1 0+c_2 1)=c_2=5\, \rm{cm}$$ $$\dot x(t)=-\beta e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)]+e^{-\beta t}[c_1\gamma\cosh(\gamma t)+c_2\gamma\sinh(\gamma t)]$$ $$\dot x(0)=c_1\gamma-c_2\beta=0,$$ melyből $$c_1=\frac{c_2\beta}{\gamma}=5,27\,\rm{cm}$$</wlatex> | ||
</noinclude> | </noinclude> |
A lap jelenlegi, 2013. december 3., 13:38-kori változata
Navigáció Pt·1·2·3 |
---|
Kísérleti fizika gyakorlat 1. |
Gyakorlatok listája: |
Mechanika - Rezgések II. |
Feladatok listája: |
© 2012-2013 BME-TTK, TÁMOP4.1.2.A/1-11/0064 |
Feladat
- (**6.30.) Egy
tömegű testet olyan rugóra függesztünk, amely
erő hatására
-rel nyúlik meg. A testre mozgása során sebességével arányos ellenállás hat, amely
sebesség esetén
. A
pillanatban a testet
-rel kimozdítjuk egyensúlyi helyzetéből, és kezdősebesség nélkül indítjuk. Határozzuk meg a test mozgását!
Megoldás
A rugóállandó![\setbox0\hbox{$D=1,25\,\rm{\frac Nm}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/d/3/b/d3b4ef83103e8155892896254eee868e.png)
![\setbox0\hbox{$\omega_0=\sqrt{2,5}\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/8/5/f/85f07e526156cc124b6343afc79fe1f0.png)
![\setbox0\hbox{$k=5\,\rm{\frac{Ns}m}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/0/6/5/065322b686aa0e7254bcb65bb2e6a190.png)
![\setbox0\hbox{$\beta=5\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/9/1/2/9123ce3432aef55078f088c90a868881.png)
![\setbox0\hbox{$\beta>\omega_0$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/c/0/1/c01a8e11f7c121c7abc7fe1a1cf1e336.png)
![\[x(t)=e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)],\]](/images/math/f/f/a/ffabdeda89bdc4ae0e1c0581a83dd2b1.png)
![\setbox0\hbox{$c_1$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/6/b/a/6bae1709742db665055694d233218993.png)
![\setbox0\hbox{$c_2$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/a/2/5/a25a72db7d660fe3f4c3fdc4d35a95c6.png)
![\setbox0\hbox{$\gamma=\sqrt{\beta^2-\omega_0^2}=4,74\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%](/images/math/7/9/4/794eeac6d0ffccf91692b35885380c48.png)
![\[x(0)=1(c_1 0+c_2 1)=c_2=5\, \rm{cm}\]](/images/math/d/2/b/d2b2abb104429096eb6e3dfcc6524677.png)
![\[\dot x(t)=-\beta e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)]+e^{-\beta t}[c_1\gamma\cosh(\gamma t)+c_2\gamma\sinh(\gamma t)]\]](/images/math/4/a/c/4ac8170a753eedfee69becd011391de9.png)
![\[\dot x(0)=c_1\gamma-c_2\beta=0,\]](/images/math/8/5/8/858f51a78f0481137188830f29272e89.png)
![\[c_1=\frac{c_2\beta}{\gamma}=5,27\,\rm{cm}\]](/images/math/0/d/7/0d7cca6745f74c36625e15a4302d85c1.png)