Ruch prosty harmoniczny (sprężyna, wahadło matematyczne i fizyczne)

Nasza ocena:

3
Pobrań: 70
Wyświetleń: 1155
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Ruch prosty harmoniczny (sprężyna, wahadło matematyczne i fizyczne) - strona 1 Ruch prosty harmoniczny (sprężyna, wahadło matematyczne i fizyczne) - strona 2 Ruch prosty harmoniczny (sprężyna, wahadło matematyczne i fizyczne) - strona 3

Fragment notatki:


1 Ruch prosty harmoniczny (sprężyna, wahadło matematyczne i fizyczne) Drgania harmoniczne, są ruchem w którym położenie zmienia się w czasie jak sin, lub cos. Ciało wykonujące taki ruch nazywane jest oscylatorem harmonicznym. Drgania harmoniczne występują w układach w których po wychyleniu o od- ległość x, działa siłą zwrotna równa  F  =  −kx . Gdzie k jest pewną stałą. Np. przy wychyleniu sprężyny o długość x mającej wsp. sprężystości k. zacznie działać siłą równą  F  =  −kx . Zapiszmy równanie ruchu: d 2  x dt 2  m  =  F  , zatem d 2  x dt 2  m  =  −kx Równanie to posiada ogólne rozwiązanie postaci  x ( t ) =  A  sin( ωt  +  δ ) δ  jest wychyleniem początkowym. A amplitudą, czyli wychyleniem maksymal- nym. ω  = 2 π T  ,  T  jest okresem drgań. Podstawmy  x ( t ), do równania dynamicznego Aω 2 sin( ωt  +  δ ) m  =  Ak  sin( ωt  +  δ ) Po skróceniu: ω 2 = k m  . Czyli T=2 π m k Rozpatrzmy funkcję  x ( t ) =  A  sin  ωt v  = dx ( t ) dt =  Aω  cos  ωt Aω  =  v 0- prędkość maksymalna a  = dv ( t ) dt =  −Aω 2 sin  ωt a  =  −Aω 2- przyspieszenie maksymalne. 1 1.1 wahadło matematyczne Rysunek 1: Wychylamy wahadło o mały kąt  α , przy małych kątach możemy założyć, że  Fs działa wzdłuż x Fs  =  mg  sin  α  =  −mg x l Wobec czego  k  = mg l T  = 2 π m k  = 2 π l g 1.2 Wahadło fizyczne Mamy wahadło fizyczne o momencie bezwładności I względem osi obrotu. l jest odległością pomiędzy osią obrotu, a środkiem masy. Jeżeli odchylimy wahadło fizyczne o kąt  α , powstanie moment równy  M  = −mgl  sin  α ≈ −mglα Otrzymujemy równanie ruchu, analogiczne do równania dla wahadła fizycznego. M  =  I  =  −Iω 2 α Wobec czego  K  =  −ω 2,  ω  = K I Ponieważ  K  =  mgl , to  ω  = mgl I . 2 Związek ruchu harmonicznego i ruch po okrę- gu Rzut punktu poruszającego się po okręgu, na oś x lub y jest ruchem drgającym harmonicznym. Dlatego zamiast rozpatrywać ruch drgający postaci sin  ϕ , można używać funk- cji  eiϕ  = cos  ϕ  +  i  sin  ϕ - opisuje ona obrót wektora na płaszczyźnie zespolonej (cześć rzeczywista przedstawia rzut na oś X, a cześć urojona przedstawia rzut na oś Y). 2 Taki opis jest wygony w obliczeniach. 3 Energia kinetyczna, potencjalna i całkowita w ruchu drgającym Energia kinetyczna wynosi 1 2  mv 2 Ponieważ prędkość w ruchu drgającym wynosi  v ( t ) =  Aω  cos  ωt  to energia ki- netyczna wynosi: Ek ( t ) = 1 2  mω

(…)

… adiabatycznym (p1 V1γ = p2 V2γ ) p ciśnienie V
M
objętość
R jest stałą gazową, M masą molową gazy. T temperaturą bezwzględną.
W ciałach stałych prędkość dana jest przez v
sprężystości, ρ to gęstość ośrodka.
7
C
ρ,
C jest współczynnikiem
12
Zasada Huygensa
Każdy punkt do którego dotarła fala, staje się źródłem nowej fali kulistej.
Np. Jeżeli mamy mały otwór do którego dobiega fala płaska, za otworem powstanie…
… którą trzeba nadać
ciału by krążył po orbicie ziemi.
Zatem siła grawitacji, musi być równa sile dośrodkowej. (w układzie związanym z ciałem oznacza równość przyspieszenia ziemskiego g z przyspieszeniem odśrodkowym)
m
Otrzymujemy równość mvorb = G M2
r
r
vorb =
GM
r
Minimalnym promieniem jest promień Ziemi R, otrzymujemy v1 =
GM
R
2. druga prędkość jest prędkością którą należy nadać ciału by odleciał…
…, potencjalna i całkowita w
ruchu drgającym
Energia kinetyczna wynosi 1 mv 2
2
Ponieważ prędkość w ruchu drgającym wynosi v(t) = Aω cos ωt to energia kinetyczna wynosi:
Ek (t) = 1 mω 2 A2 cos2 ωt
2
ponieważ k = mω 2 , to Ek (t) = 1 kA2 cos2 ωt
2
Podobnie jak w przypadku sprężyny gdzie F = −kx, energia potencjalna
2
ciała drgającego wynosi Ep = k x
2
2
x
Ep = 0 kxdx = x k, x(t) = A sin ωt
2
Więc Ep (t) = 1 kA2 sin2 ωt
2
Energia całkowita jest sumą energii potencjalnej i całkowitej E = Ep + Ek =
sin2 ωt + 1 kA2 cos2 ωt = 1 kA2
2
2
Ponieważ sin2 a + cos2 a = 1
Widzimy, że w ruchu drgającym całkowita energia jest stała. W czasie ruchu
energia potencjalna przechodzi w energię kinetyczną i na odwrót.
1
2
2 kA
4
Tłumienie w ruchu drgającym (logarytmiczny
dekrement tłumienia)
Tłumienie polega na istnieniu siły…
... zobacz całą notatkę



Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz