Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Samankaltaiset tiedostot
Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

Luento 11: Periodinen liike

Luento 13: Periodinen liike

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

Luento 11: Periodinen liike

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Työ ja energia. Haarto & Karhunen.

BM30A0240, Fysiikka L osa 4

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi

Heilurin differentiaaliyhtälö

Sähköstatiikka ja magnetismi Mekaniikan kertausta

Värähdysliikkeet. q + f (q, q, t) = 0. q + f (q, q) = F (t) missä nopeusriippuvuus kuvaa vaimenemista ja F (t) on ulkoinen pakkovoima.

Luento 9: Potentiaalienergia

BM30A0240, Fysiikka L osa 4. Värähtelyfysiikkaa. Luennot: Heikki Pitkänen

Mekaniikka, osa 2. Perttu Lantto. Luentokalvot

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

ESIM. ESIM.

W el = W = 1 2 kx2 1

Esimerkki 1 Ratkaise differentiaaliyhtälö

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

- suurempi voima aiheuttaa nopeampaa liikettä kuin pieni voima - samanlainen voima aiheuttaa samalle kappaleelle aina samanlaisen vaikutuksen

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 10. Potentiaali jatkuu, voiman konservatiivisuus, dynamiikan ja energiaperiaatteen käyttö, reaalinen jousi

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

Luento 14: Periodinen liike, osa 2. Vaimennettu värähtely Pakkovärähtely Resonanssi F t F r

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

Luento 10: Työ, energia ja teho

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 9: Potentiaalienergia

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

KERTAUSTEHTÄVIÄ KURSSIIN A-01 Mekaniikka, osa 1

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 02: Vapausasteet, värähtelyiden analysointi

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Luento 11: Potentiaalienergia

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

Luento 2. S Signaalit ja järjestelmät 5 op TKK Tietoliikenne Laboratorio 1. Jean Baptiste Joseph Fourier ( )

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

infoa Viikon aiheet Potenssisarja a n = c n (x x 0 ) n < 1

Kiihtyvyys a on paikan x toinen aikaderivaatta 2

Useita oskillaattoreita yleinen tarkastelu

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

3.4 Liike-energiasta ja potentiaalienergiasta

Massakeskipiste Kosketusvoimat

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 14: Periodinen liike, osa 2

Dissipatiiviset voimat

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luvun 5 laskuesimerkit

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

Epähomogeenisen yhtälön ratkaisu

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

Miltä työn tekeminen tuntuu

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luvun 5 laskuesimerkit

Jani-Matti Hätinen Työn pvm assistentti Stefan Eriksson

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

MS-A Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Harjoitus 6 loppuviikko

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

Työ ja kineettinen energia

Työ, mekaaninen energia, värähdysliike

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Luento 15: Mekaaniset aallot. Mekaaniset aallot Eteneminen Aallon nopeus väliaineessa Energia Aallon heijastuminen Seisovat aallot

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

RATKAISUT: 21. Induktio

Kerrataan harmoninen värähtelijä Noste, nesteen ja kaasun aiheuttamat voimat Noste ja harmoninen värähtelijä (laskaria varten)

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

Luento 15: Mekaaniset aallot

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

2. kierros. 2. Lähipäivä

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

Luvun 8 laskuesimerkit

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Transkriptio:

Meaniian jatourssi Fys10 Sysy 009 Jua Maalampi LUENTO 6

Harmonisen värähdysliieen energia Jousen potentiaalienergia on U ( x missä on jousivaio ja Dx on poieama tasapainosta. Valitaan origo tasapainopisteeseen, jolloin Dx = x ja 1 U x 1 Jousen päässä vaaasuoralla alustalla liiuvan appaleen meaaninen oonaisenergia on E K U 1 mv x 1 x Kappaleella on pisteissä x = ± A pelästään potentiaalienergiaa ja pisteessä x = 0 pelästään liie-energiaa

Siten E 1 ( x A U ( x A A ja E( x 0 K( x 0 ( vmax 1 Jos tilanne oletetaan itattomasi, meaaninen energia säilyy, joten E(0 = E(± A, ts. 1 mv max 1 A Harmonisen värähdysliieen inematiiasta saimme aiaisemmin A v max fa A T Vertaamalla näemme: eli v max m A Huomaa: Värähtelijän meaaninen oonaisenergia on verrannollinen amplitudin neliöön. Huomaa: Värähtelyn jaso T ja taajuus f eivät riipu amplitudista.

Esimeri Ötöä, jona massa on 0.5 g, jää iinni hämähäin veroon. Vero alaa värähdellä taajuudella 4.0 Hz. Miä on veron jousivaio? Millä taajuudella vero värähtelisi, jos siihen tarttuisi 0.50 g:n massainen ötöä? Malli: Pidetään veroa ysinertaisena harmonisena värähtelijänä. (Todellisuudessa värähtelyjä on useammanlaisia. Rataisu: Kaavoista rataistaan : ( f m ( 3 (4.0/ s (0.510 g 0. 16 Nm. Taajuus on verrannollinen m -1/, joten taajuus on f 0. 5 0. 50 g g (4.0 Hz.8 Hz.

Edellisellä luennolla saatiin ysinertaisen harmonisen liieen iihtyvyydelle a x d dt v x d dt d dt Newton II yhtälö on silloin x x F x ma x m x. Nyt voima on jousivoima F x = -x, joten = m eli ja iihtyvyys on m a x m d x dt x m x eli Jousen päässä olevan appaleen liieyhtälö. Toisen ertaluvun differentiaaliyhtälö.

Esimeri

x

Matemaattinen syrjähyppy: Liieyhtälön rataiseminen Liieyhtälö d x( t x( t dt m on toisen ertaluvun differentiaaliyhtälö. Selvästi x(t voisi olla cosini ja sini-funtio, osa ne ahdesti derivoituna palautuvat itseseen. Tehdään siis yrite ja atsotaan toimiio ja millä ehdolla. Yrite: x( t Acos( t 0 ( Ccost Dsint Derivoidaan ahdesti: dx Asin( t 0, dt d x Acos( t 0 dt A ja 0 ovat integroimisvaioita (samoin C ja D Sijoitetaan liieyhtälöön: A cos( t 0 Acos( t 0 Toteutuu jos. m m

Gravitaation vaiutus jousen värähtelyyn Gravitaatio vaiuttaa jousi-massa-systeemin tasapainoasemaan Tasapainoasemassa Hooen lain muainen jousivoima F sp (ylös ja appaleeseen vaiuttava gravitaatiovoima F G (alas umoavat toisensa: ( F ( F ( F L mg 0 net y sp y G y eli L mg / = jousen venymä. Asetetaan y-aselin origo uuden tasapainoaseman ohdalle. Kuvassa oiealla jousta on työnnetty asaan niin, että pl on ohdassa y. Jousivoima on silloin F sp = +(ΔL y, joten nettovoima on ( Fnet y ( L y mg ( L mg y y 0 Voima riippuu poieamasta samalla tavalla uin vaaasuorassa värähtelyssä. Siten y ( t A ( t 0 ( m cos

Heiluri Massa m ripustettu massattoman langan päähän. Vaiuttavat voimat Gravitaatiovoima F Langan jännitysvoima Liieen suunnassa vaiuttava voima on G T d s sin L L d ( F mgsin G t Tämä voima aiheuttaa appaleen rataiihtyvyyden a t d s/ dt. Newton II: ( FG t mat eli d s gsin dt Tarastellaan pieniä heilahdusia ja tehdään pienen ulman approsimaatio sin s / L. Kulma radiaaneina! Heilurin liieyhtälö pienillä ulmilla d s dt g L Ysinertainen harmoninen värähtely eli s( t Acos( t ( t cos( t max f s 0 0 g L tai

Kysymys Kuina pitä on sellaisen heilurin lana, jona heilahdusjaso on T = 1? 0.48 m. 1s (9.81 m/s / 1/ T g L g L f T

Esimeri Kulma on pieni, joten pienen ulman approsimaatio OK.

Fysiaalinen heiluri Massa(piste langan päässä on ysinertainen heiluri tai matemaattinen heiluri. Fysiaalinen heiluri on heilahdusliiettä suorittava marosooppinen appale. Kuvassa gravitaatiovoima aiheuttaa aselin suhteen vääntömomentin Mgd Mglsin Pienen ulman approsimaatiossa Mgl Vääntömomentti riippuu lineaarisesti ulmasta, joten liie oletettavasti ysinertaista harmonista liiettä. Liieyhtälö on t = I = d / dt eli d Mgl dt I Vertaamalla aiaisempiin tilanteisiin, saamme ulmataajuudesi d l f Mgl I

Ysinertaisen harmonisen liieen periaatteet