Erőtan II. - 4.3
A Fizipedia wikiből
A lap korábbi változatát látod, amilyen BernathB (vitalap | szerkesztései) 2013. június 20., 12:14-kor történt szerkesztése után volt.
Navigáció Pt·1·2·3 |
---|
Kísérleti fizika gyakorlat 1. |
Gyakorlatok listája: |
Mechanika - Erőtan II. |
Feladatok listája: |
© 2012-2013 BME-TTK, TÁMOP4.1.2.A/1-11/0064 |
Feladat
- Egy vasúti kocsiban hosszúságú fonálra pontszerű tömeget felfüggesztve ingát készítenek. A vasúti kocsi időpontban vízszintes pályán gyorsulással kezd mozogni. , , .
- a) Milyennek észleli az tömegű test mozgását a vasúti kocsiban levő megfigyelő?
- b) Külön ábrán jelölje be az tömegű testre - a gyorsuló kocsi koordinátarendszerében - ható erőket, és írja fel a test mozgásegyenletét!
- c) Határozza meg a test mozgását leíró függvényt! (A függvény jellemző mennyiségeit számszerűen adja meg!)
Megoldás
- a) A gyorsítás hatására a kocsihoz rögzített vonatkoztatási rendszerben egy vízszintes irányú, nagyságú tehetetlenségi erő is hat az ingára. Így a kezdeti időpillanatban az eredő erő nem zérus, az inga nincs egyensúlyban, tehát elkezd lengeni.
- b) A test pozícióját egyértelműen meghatározza a szög, melyet a függőlegestől mérünk. A gravitációs erőt és a tehetlenségi erőt felbontottuk egy kötéllel párhuzamos és egy arra merőleges komponensre. Az erők a kötél irányában kiegyenlítik egymást. Arra merőleges irányban ahol a tangenciális gyorsulás szerint függ össze a szöggyorsulásal. A mozgásegyenlet jobboldalán -t kiemelve Vezessük be a egyensúlyi kitérést úgy, hogy Ekkor a mozgásegyenlet alakban írható. Ezt a differenciál egyenletet kellene megoldani a és kezdeti feltételekkel.
- c) A mennyiséget a differenciálegyenlet határozza meg, ahol A differenciálegyenletet nem lehet általánosan megoldani csak kis kitérésekre. A lengés során , ezért kis kitérésű lengésekről akkor beszélhetünk, ha is kicsi. Ez akkor, teljesül, ha . Ebben a határesetben , vagyis a differenciálegyenlet szerint írható. A -ra vonatkozó differenciálegyenlet két független megoldása és , így melyben az és paramétereket a kezdeti feltételek segítségével illeszthetjük. Tehát