Föreläsning 19: Fria svängningar I

Relevanta dokument
Föreläsning 17: Jämviktsläge för flexibla system

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

Biomekanik, 5 poäng Kinetik Härledda lagar

{ } = F(s). Efter lång tid blir hastigheten lika med mg. SVAR: Föremålets hastighet efter lång tid är mg. Modul 2. y 1

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: A=kB. A= k (för ett tal k)

3 Rörelse och krafter 1

Om antal anpassningsbara parametrar i Murry Salbys ekvation

1 Elektromagnetisk induktion

Genom att uttrycka y-koordinaten i x ser vi att kurvan är funktionsgrafen till y = x 2. Lektion 2, Flervariabelanalys den 19 januari 2000

SDOF Enfrihetsgradssystemet

Repetition Kraft & Rörelse Heureka Fysik 1: kap. 4, version 2013

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV FÖRSTA ORDNINGEN

System med variabel massa

uhx, 0L f HxL, u t Hx, 0L ghxl, 0 < x < a

Repetitionsuppgifter

KONTROLLSKRIVNING 3. Kurs: HF1012 Matematisk statistik Lärare: Armin Halilovic

Kurs: HF1012 Matematisk statistik Lärare: Armin Halilovic

KOMIHÅG 18: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n. x j,

KOMIHÅG 12: Ekvation för fri dämpad svängning: x + 2"# n

KURVOR OCH PÅ PARAMETERFORM KURVOR I R 3. P(t)=(x(t),y(t),z(t)) T=(x (t),y (t),z (t)) r(t)=(x(t),y(t),z(t))

( ) är lika med ändringen av rörelse-

TENTAMENSSKRIVNING ENDIMENSIONELL ANALYS DELKURS B2/A , arctan x x 2 +1

= (x, y) : x 2 +y 2 4, x 0, y (4r2 +1) 3 2

Differentialekvationssystem

Diskussion om rörelse på banan (ändras hastigheten, behövs någon kraft för att upprätthålla hastigheten, spelar massan på skytteln någon roll?

Om exponentialfunktioner och logaritmer

4.2 Sant: Utfört arbete är lika stort som den energi som omvandlas p.g.a. arbetet. Svar: Sant

Lösningar till Matematisk analys IV,

Reglerteknik AK, FRT010

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Funktionen som inte är en funktion

Kap a)-d), 4, 7 25, 26, 29, 33, 36, 44, 45, 49, 72, , 5.34, 5.38, 6.28, 8.47, 8.64, 8.94, 9.25, Kap.11ex.14, 11.54

FÖRDJUPNINGS-PM. Nr Räntekostnaders bidrag till KPI-inflationen. Av Marcus Widén

Tentamen TEN1, HF1012, 16 aug Matematisk statistik Kurskod HF1012 Skrivtid: 8:15-12:15 Lärare och examinator : Armin Halilovic

. Bestäm för denna studs stöttalet e! Lösning: Energiprincipen för bollens fall ner mot underlaget ger omedelbart före stöt:

Rörelse. Hastighet. 166 Rörelse Författarna och Zenit AB

Om de trigonometriska funktionerna

VII. Om de trigonometriska funktionerna

Tentamen i Mekanik SG1130, baskurs P1. Problemtentamen

AMatematiska institutionen avd matematisk statistik

Om exponentialfunktioner och logaritmer

3 Rörelse och krafter 1

Kursens innehåll. Ekonomin på kort sikt: IS-LM modellen. Varumarknaden, penningmarknaden

Laboration 3: Växelström och komponenter

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

Diverse 2(26) Laborationer 4(26)

m Animering m Bilder m Grafik m Diskret representation -> kontinuerlig m En interpolerande funktion anvšnds fšr att

2 Laboration 2. Positionsmätning

Dagens förelf. Arbetslöshetstalet. shetstalet och BNP. lag. Effekter av penningpolitik. Tre relationer:

bättre säljprognoser med hjälp av matematiska prognosmodeller!

8.4 De i kärnan ingående partiklarnas massa är

a) Beräkna arean av triangeln ABC då A= ( 3,2,2), B=(4,3,3) och C=( 5,4,3).

Liten formelsamling Speciella funktioner. Faltning. Institutionen för matematik KTH För Kursen 5B1209/5B1215:2. Språngfunktionen (Heavisides funktion)

1. Geometriskt om grafer

Tentamen i Mekanik 5C1107, baskurs S2. Problemtentamen

Chalmers. Matematik- och fysikprovet 2010 Fysikdelen

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA AUGUSTI 2017

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN m fl. Problemtentamen OBS: Inga hjälpmedel förutom rit- och skrivdon får användas!

Laborationstillfälle 4 Numerisk lösning av ODE

Tentamen på grundkursen EC1201: Makroteori med tillämpningar, 15 högskolepoäng, lördagen den 14 februari 2009 kl 9-14.

Lite grundläggande läkemedelskinetik

Tentamensskrivning i Matematik IV, 5B1210.

Problemtentamen. = (3,4,5)P, r 1. = (0,2,1)a F 2. = (0,0,0)a F 3. = (2,"3,4)P, r 2

Lektion 3 Projektplanering (PP) Fast position Projektplanering. Uppgift PP1.1. Uppgift PP1.2. Uppgift PP2.3. Nivå 1. Nivå 2

Demodulering av digitalt modulerade signaler

Tentamen i Mekanik SG1107, baskurs S2. Problemtentamen

Tentamen i Mekanik SG1102, m. k OPEN. Problemtentamen

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

TISDAGEN DEN 20 AUGUSTI 2013, KL Ansvarig lärare: Helene Lidestam, tfn Salarna besöks ca kl 9

BASiQ. BASiQ. Tryckoberoende elektronisk flödesregulator

3 Rörelse och krafter 1

På föreläsningen går jag relativt snabbt igenom grunderna fourierserieutveckling av periodiska signaler, bild 2 7.

Ekvationen (ekv1) kan bl. annat beskriva värmeledningen i en tunn stav där u( x, betecknar temperaturen i punkten x vid tiden t.

Informationsteknologi

FREDAGEN DEN 21 AUGUSTI 2015, KL Ansvarig lärare: Helene Lidestam, tfn Salarna besöks ca kl 15.30

VÄXELSTRÖM. Växelströmmens anatomi

TSBB31 Medicinska bilder Föreläsning 1

shetstalet och BNP Arbetslöshetstalet lag Blanchard kapitel 10 Penningmängd, inflation och sysselsättning Effekter av penningpolitik.

Egenvärden och egenvektorer

TENTAMEN Datum: 12 mars 07. Kurs: MATEMATIK OCH MATEMATISK STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6A2111 TEN 2 (Matematisk statistik )

3. Matematisk modellering

Signal- och bildbehandling TSBB14

Lösningar till tentamen i Kärnkemi ak den 21 april 2001

Ordinära differentialekvationer,

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA AUGUSTI 2016

Betalningsbalansen. Fjärde kvartalet 2012

3D vattenanimering Joakim Julin Department of Computer Science Åbo Akademi University, FIN Åbo, Finland

Kvalitativ analys av differentialekvationer

IE1206 Inbyggd Elektronik

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA APRIL 2016

9. Diskreta fouriertransformen (DFT)

För de två linjerna, 1 och 2, i figuren bredvid gäller att deras vinkelpositioner, θ 1 och θ 2, kopplas ihop av ekvationen

Betalningsbalansen. Andra kvartalet 2012

SIGNALER TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 1

Inbyggd radio-styrenhet 1-10 V Bruksanvisning

Datorlaborationer i matematiska metoder E2, fk, del B (TMA980), ht05

Ingen återvändo TioHundra är inne på rätt spår men behöver styrning

Betalningsbalansen. Tredje kvartalet 2010

Transkript:

1 KOMIHÅG 18: --------------------------------- Ellipsbanans soraxel och mekaniska energin E = " mgm 2a ------------------------------------------------------ Föreläsning 19: Fria svängningar I Fjäderkrafen I fjäderns viloläge är krafen noll Om massan förskjus e sycke x från jämviksläge uppsår den åerförande krafen: F = "kx e x Viskös frikion Bromskrafen är hela iden morikad röreserikningen ( v = x e x ) och kan skrivas: F = "c x e x, där c beror av väskeyp sam sorlek och form hos husvagnen

2 Ekvaionen för dämpad svängning Newons 2:a lag för vagnen ger m x = "c x " kx, eller x + 2"# n x + # 2 n x = 0, med konsanerna " 2 n = k m och 2"# = c n m Den nya parameern är dämpningsfakorn eller dämpningsförhållande " # 0 De odämpade falle " = 0: Ampliud och fas Man kan lä verifiera a idsfunkionen x() = Acos " n + # ( ) + x j av uslage saisfierar den odämpade, fria svängningsekvaionen: x + " n 2 x = " n 2 x j Den fria, odämpade vibraionsrörelsen beskrivs av jämviksläge: x j, ampliuden: A, naurliga vinkelhasigheen: " n = k m, fas: " = # n + $, begynnelsefas: " Olika rigonomeriska uryck Två olika men ekvivalena maemaiska skepnader $ & Acos (" n +# ) + x j, x = % '& Bcos (" n ) + Csin (" n ) + x j

3 Problem: En parikel med massan m sier fas i en fjäder och lyder svängningsekvaionen x + " 2 n x = 0 Rörelsen börjar i jämviksläge x = 0 med hasigheen x = v 0 a) Hur sor är den fjäderkonsanen k? b) Hur sor är då den oala mekaniska energin E i rörelsen? c) Besäm även ampliuden i svängningsrörelsen Kora svar: a) Fjäderkonsanen: k = m" n2 b) Energin: E = m 2 v 2 0 c) Ampliuden: k 2 A2 = m 2 v 0 2 " A = v 0 " n

4 Problem: En vagn med massa 2M som befinner sig i jämviksläge enlig figuren ges plöslig faren v 0 så a den påbörjar en svängningsrörelse Fjädern som är fäs i vagnen har en känd fjäderkonsan k Besäm den id de ar för vagnen a åerkomma ill jämviksläge Lösning: Bara fjäderkrafen F = "kx i rörelserikningen Newons 2:a lag: 2M x = "kx Svängningsekvaionen: x + k 2M x = 0 Naurliga vinkelfrekvensen för svängningen: k " n = 2M Svängningsperioden: " = 2# 2M n k Vagnen åerkommer efer en halv period : Svar: = 1 2 " n = # 2M k

5 KOMIHÅG 19: ------------------------------------------------------ x + " 2 n x = " 2 n x j (fri odämpad svängningsekv) Fri odämpad svängningsrörelse: $ Acos (" n + #) + x j, x = % & Bcos (" n ) + Csin (" n ) + x j ------------------------------------------------------ Föreläsning 20: Fria svängningar II Den svag dämpade svängningen Beraka svängningsekvaionen x + 2"# n x + # 2 n x = # 2 n x j Svängningen i föregående föreläsning: x() = Acos " n + # minskar aldrig Denna svängningsfunkion kan ine saisfiera svängningsekvaionen med " # 0 ( ) + x j är odämpad och ampliuden Visa a funkionen x() = Ae "#$ n cos( 1"# 2 $ n + %) + x j saisfierar svängninsekvaionen Bevis: Derivera funkionen en gång och använd (1): x () = "#$ n [ x() " x j ] " 1"# 2 $ n Ae "#$ n sin( 1"# 2 $ n + %) (2) Derivera yerligare en gång och använd (2) sam (1): (1)

6 x () = "#$ n x () "#$ n { x () + #$ n [ x() " x j ]} "( 1"# 2 )$ 2 n [ x() " x j ] = "2#$ n x () "$ 2 n x() " x j Dea är ekvivalen med den dämpade svängningsekvaionen x + 2"# n x + # 2 n x = # 2 n x j VSB [ ] I prakiska problemlösningar används urycke: x() = e "#$ ( n Bcos( 1"# 2 $ n ) + Csin ( 1"# 2 $ n ) ) + x j för de fall a 0 " # <1 Man måse även vea vå (exra) sanningar om x(), ex begynnelsevillkoren x(0) = x 0 och x (0) = v 0, dvs läge och hasighe vid iden = 0 c=42 Ns/m 2 kg k=392 N/m x Problem: Besäm dämpningsförhållande för syseme i figuren k Lösning: " n = m = 392 2 s-1 =14 s -1 2" n # = c m " c " = 2# n m = 42 4 $14 = 3 4

7 Egenskaper-svag dämpning: - Perioden " d : En del av funkionen x() (som finns innanför sora parenesen, dvs cosinus och sinus) är ros all periodisk Den id de ar för den delen a upprepa sig är perioden " d : " d = 2# $ d = 2# $ n 1%& 2 -Logarimiska dekremene " : Experimenell mäer man förhållande mellan vå på varandra följande ampliuder A N och A N +1 på samma sida och får de logarimiska dekremene " : # " = ln A & N % ( $ A N +1 ' De man mäer mosvarar allså i eorin produken "# n $ d

8 Problem: Besäm vilka enydiga koefficiener i den allmänna lösningen som mosvarar en svag dämpad rörelse som börjar i uslagsläge x 0 med hasigheen v 0 Lösning: Allmän lösning: ( ) + Csin ( 1"# 2 $ n ) x() = e "#$ ( n Bcos 1"# 2 $ n ) + x j I begynnelsen är läge och hasighe: x(0) = B + x j och x (0) = "#$ n B + $ n C 1"# 2 Om vi säer in iniialvärdena och löser u koefficienerna får vi: B = x 0 " x j, ( ) C = v 0 + "# n x 0 $ x j # n 1$" 2 Allså: % ( x 0 " x j )cos 1"# 2 ( ' ( $ n ) * x() = e "#$ n ' + v * 0 + #$ n ( x 0 " x ' j ) ' sin 1"# 2 $ $ n ( 1"# 2 n * )* & )

9 II: Kriisk dämpning, " =1: Vad händer med svängningen i exemple om dämpningsförhållande blir 'kriisk', dvs " #1 Kriisk dämpningsrörelse Genom en gränsövergång kan vi se vad som händer med den svag dämpade rörelsen: % ( x 0 " x j )cos 1"# 2 ( ' ( $ n ) * x() = e "#$ n ' + v + #$ x " x * ' 0 n( 0 j) ' sin 1"# 2 $ $ n ( 1"# 2 n * )* & ) Tänk a iden är godycklig men fix Lå sedan " #1 Cosinusen blir 1, men sinusen blir 0 samidig som koefficienen framför blir oändlig Man måse använda övergången sin 1" # 2 $ n ( ) % 1" # 2 $ n innan man får resulae: x() = e "# n x 0 + ( v 0 x 0 ) ( ) + x j

10 Problem: Visa a den kriiska rörelsen saisfierar svängningsekvaionen med " =1 Bevis: Förs ar vi fram hasighesfunkionen ur x() = e "# n ( x 0 + ( v 0 x 0 )) + x j, dvs x () = "# n [ x() " x j ] + e "# n ( v 0 x 0 ) (*) Då ser vi a x(0) = x 0 + x j och x (0) = "# n [ x(0) " x j ] + ( v 0 x 0 ) = v 0 Acceleraionen beräknas nu: x () = "# n x () "# n e "# n ( v 0 x 0 ) men från hasigheen (*) fås e "# n ( v 0 x 0 ) = x () [ x() " x j ], dvs x () = "# n x () "# n [ x () [ x() " x j ]] eller x () + 2" n x () + " 2 n x() = " 2 n x j, som är svängningsekvaionen i de kriiska falle

11 3 dämpningsyper I: Svag dämpning, 0 < " <1 ( ) + Csin ( 1"# 2 $ n ) x() = e "#$ ( n Bcos 1"# 2 $ n ) + x j Dämpningseffeker: Ampliuden försvinner allid, ill sis Svängningsfrekvensen (aken) " d = 1#$ 2 " n är mindre än " n II: Kriisk dämpning, " =1 x() = e "# n B + C ( ) + x j III: Sark dämpning, " >1 x() = e "#$ ( n Be # 2 "1 $ n + Ce " # 2 "1 $ n ) + x j