„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 rugó - egyensúlyi helyzetéhez képest – $5\,\rm{cm}$-rel megnyúlik, a testet 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>
+
</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:
  1. Deriválás
  2. Integrálás
  3. Mozgástan
  4. Erőtan I.
  5. Erőtan II.
  6. Munka, energia
  7. Pontrendszerek
  8. Merev testek I.
  9. Merev testek II.
  10. Rugalmasság, folyadékok
  11. Rezgések I.
  12. Rezgések II.
  13. Hullámok
Mechanika - Rezgések II.
Feladatok listája:
  1. Túlcsillapított rezgés
  2. Kritikus csillapítás
  3. Csillapodó rezgés periódusa
  4. Csillapodó rezgés paraméterei
  5. Rángatott rugó
  6. Rezonanciák
  7. Jósági tényező
© 2012-2013 BME-TTK, TÁMOP4.1.2.A/1-11/0064

Feladat

  1. (**6.30.) Egy \setbox0\hbox{$0,5\,\rm{kg}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% tömegű testet olyan rugóra függesztünk, amely \setbox0\hbox{$0,1\,\rm N$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% erő hatására \setbox0\hbox{$8\,\rm{cm}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-rel nyúlik meg. A testre mozgása során sebességével arányos ellenállás hat, amely \setbox0\hbox{$0,01\,\rm{\frac ms}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% sebesség esetén \setbox0\hbox{$0,05\,\rm N$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%. A \setbox0\hbox{$t=0$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% pillanatban a testet \setbox0\hbox{$5\,\rm{cm}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%-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%, így a csillapítatlan sajátrezgés körfrekvenciája \setbox0\hbox{$\omega_0=\sqrt{2,5}\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, a közegellenállási erő együtthatója \setbox0\hbox{$k=5\,\rm{\frac{Ns}m}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, így a csillapítási tényező \setbox0\hbox{$\beta=5\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%. Mivel \setbox0\hbox{$\beta>\omega_0$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, 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 \setbox0\hbox{$c_1$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% és \setbox0\hbox{$c_2$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% állandókat a kezdeti feltételek határozzák meg, valamint \setbox0\hbox{$\gamma=\sqrt{\beta^2-\omega_0^2}=4,74\,\frac1{\rm s}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%.
\[x(0)=1(c_1 0+c_2 1)=c_2=5\, \rm{cm}\]
\[\dot x(t)=-\beta e^{-\beta t}[c_1\sinh(\gamma t)+c_2\cosh(\gamma t)]+e^{-\beta t}[c_1\gamma\cosh(\gamma t)+c_2\gamma\sinh(\gamma t)]\]
\[\dot x(0)=c_1\gamma-c_2\beta=0,\]
melyből
\[c_1=\frac{c_2\beta}{\gamma}=5,27\,\rm{cm}\]