VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 23: Usean vapausasteen vaimenematon ominaisvärähtely osa 1

Samankaltaiset tiedostot
VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 24: Usean vapausasteen vaimenematon ominaisvärähtely osa 2

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus diskreettiin matematiikkaan (Syksy 2008) 4. harjoitus Ratkaisuja (Jussi Martin)

7 USEAN VAPAUSASTEEN SYSTEEMIN VAIMENEMATON OMINAISVÄRÄHTELY

3.5 Generoivat funktiot ja momentit

1. Luvut 1, 10 on laitettu ympyrän kehälle. Osoita, että löytyy kolme vierekkäistä

2 VÄRÄHTELEVÄN SYSTEEMIN OSAT

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 02: Vapausasteet, värähtelyiden analysointi

8 USEAN VAPAUSASTEEN SYSTEEMIN VAIMENEMATON PAKKOVÄRÄHTELY

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

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi

Mat Tilastollisen analyysin perusteet, kevät 2007

Jaksolliset ja toistuvat suoritukset

Hallin ilmiö. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE. Tekopäivä Palautuspäivä

COULOMBIN VOIMA JA SÄHKÖKENTTÄ, PISTEVARAUKSET, JATKUVAT VARAUSJAKAUMAT

KUNTIEN ELÄKEVAKUUTUS VARHAISELÄKEMENOPERUSTEISESSA MAKSUSSA LÄHTIEN NOUDATETTAVAT LASKUPERUSTEET

Tehtävä 2 Todista luennoilla annettu kaava: jos lukujen n ja m alkulukuesitykset. ja m = k=1

Ennen kuin mennään varsinaisesti tämän harjoituksen asioihin, otetaan aluksi yksi merkintätekninen juttu. Tarkastellaan differenssiyhtälöä

Laskennallisen kombinatoriikan perusongelmia

Markov-prosessit (Jatkuva-aikaiset Markov-ketjut)

6 USEAN VAPAUSASTEEN SYSTEEMIN LIIKEYHTÄLÖT

Luento 6 Luotettavuus Koherentit järjestelmät

Frégier'n lause. Simo K. Kivelä, P B Q A

Tchebycheff-menetelmä ja STEM

( ) ( ) Tällöin. = 1 ja voimme laskea energiatason i. = P n missä

Flow shop, työnvaiheketju, joustava linja, läpivirtauspaja. Kahden koneen flow shop Johnsonin algoritmi

SYMBOLIVIRHETODENNÄKÖISYYDESTÄ BITTIVIRHETODENNÄKÖISYYTEEN

Mat /Mat Matematiikan peruskurssi C3/KP3-I Harjoitus 2, esimerkkiratkaisut

tehtävän n yleinen muoto

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

FYSA220/2 (FYS222/2) VALON POLARISAATIO

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 17: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, impulssikuormitus ja Duhamelin integraali

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /7 Laskuharjoitus 8: Vaihtosähköpiireissä esiintyvät tehot

9 Lukumäärien laskemisesta

Naulalevylausunto Kartro PTN naulalevylle

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /8 Laskuharjoitus 8: Vaihtosähköpiireissä esiintyvät tehot

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

. C. C Kirjoitetaan sitten auki lineaarisuuden määritelmän oikea puoli: αt{i c1 } + βt{i c2 } = α

6. Stokastiset prosessit (2)

13. Lineaariset ensimmäisen kertaluvun differentiaalisysteemit

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 6A Ratkaisuehdotuksia.

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 1 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 06: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 1.

Keskijännitejohdon jännitteenalenema

Monte Carlo -menetelmä

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

S , FYSIIKKA III (ES), Syksy 2002, LH 4, Loppuviikko 39. Partitiofunktiota käyttäen keskiarvo voidaan kirjoittaa muotoon

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 18: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, transienttikuormituksia

i ni 9 = 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6, k k

Pyörimisliike. Haarto & Karhunen.

KITTILÄ Levi MYYDÄÄN LOMARAKENNUS- KIINTEISTÖ 48. Kohde /2 YLEISKARTTA

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 12: Tasokehän palkkielementti, osa 2.

(1 + i) + JA. t=1. t=1. (1 + i) n (1 + i) n. = H + k (1 + i)n 1 i(1 + i) n + JA

Kuorielementti hum

Täydennetään teoriaa seuraavilla tuloksilla tapauksista, joissa moninkertaisen ominaisarvon geometrinen kertaluku on yksi:

Aksiaalinen rakenne koostuu suoralla peräkkäin olevista sauvoista kuvan 2.1 mukaisesti. Aksiaalinen rakenne ei ole yleinen sovelluksissa,

Matematiikan tukikurssi

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 07: Yhden vapausasteen vaimenematon ominaisvärähtely

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

Joulukuun vaativammat valmennustehtävät ratkaisut

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

Kiinteätuottoiset arvopaperit

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

Työ ja energia. Haarto & Karhunen.

Yhteensopivuuden, homogeenisuuden ja riippumattomuuden testaaminen. Yhteensopivuuden, homogeenisuuden ja riippumattomuuden testaaminen

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

Naulalevylausunto LL13 Combi naulalevylle

ABTEKNILLINEN KORKEAKOULU

Todennäköisyysjakaumat 1/5 Sisältö ESITIEDOT: todennäköisyyslaskenta, määrätty integraali

VALIKOITUJA KOHTIA LUKUTEORIASTA

Olkoot X ja Y riippumattomia satunnaismuuttujia, joiden odotusarvot, varianssit ja kovarianssi ovat

Kanoniset muunnokset

Estimointi Laajennettu Kalman-suodin. AS , Automaation signaalinkäsittelymenetelmät Laskuharjoitus 4

H(s) + + _. Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot):

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

1. (Monisteen teht. 5.16) Eräiden kuulalaakereiden kestoa (miljoonaa kierrosta) on totuttu kuvaamaan Weibull-jakaumalla, jonka tiheysfunktio on

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Hannu Pajula. Stirlingin luvuista

Naulalevylausunto LL13 naulalevylle

Esimerkkilaskelma. Liimapuuharjapalkki. Liittyy Puuinfo Oy:n julkaisemaan mitoitusohjelmaan

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

Hyrynsalmen kunta, jäljempänä kunta. Laskutie 1, HYRYNSALMI. Kohde sijaitsee Hallan Sauna- nimisessä kiinteistössä.

d L q i = V = mc 2 q i 1 γ = = p i. = V = γm q i + QA i. ṗ i + Q A i + Q da i t + j + V + Q φ

Jäykistävän seinän kestävyys

INTERFERENSSIN VAIKUTUS LINEAARISISSA MODULAATIOISSA

Näkymäalueanalyysi. Joukhaisselkä Tuore Kulvakkoselkä tuulipuisto Annukka Engström

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Jäykän kappaleen liike

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

b 4i j k ovat yhdensuuntaiset.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 7: Lagrangen kertojat. Pienimmän neliösumman menetelmä.

Transkriptio:

/ VÄRÄHTELYEANIIA SESSIO : Usean vapausasteen vaeneaton onasvärähtely osa JOHDANTO Usean vapausasteen systeen leyhtälöt ovat ylesessä tapausessa uotoa [ ]{ & } [ C]{ & } [ ] { } { F} & ( un vaennusta e oteta huooon, ysnertastuvat leyhtälöt ( uotoon [ ]{ & } [ ]{ } { F} & ( un vapausasteden luuäärä on n, ovat yhtälöden ( ja ( atrst n n-atrseja ja vetort n -vetoreta. assaatrs [ ] ja jäyyysatrs [ ] ovat yhteydessä tarasteltavan systeen le-energaan T ja oenergaan U seuraaven aavojen uasest T T T { & } [ ]{ & } U { } [ ]{ } ( äytännössä oordnaatt valtaan nn, että [ ] ja [ ] ovat syetrsä el [ ] [ ] T ja [ ] [ ] T. Usepen systeeen [ ] ja [ ] ovat postvsest defnttejä atrseja, joa ertsee stä, että elvaltasta tlaa { } ja { & } vastaavat energat T ja U ovat postvsa tapausta { } { & } { } luuun ottaatta. Jos systeellä on jäyän appaleen leahdollsuusa, on sen jäyyysatrs [ ] postvsest sedefntt, jollon U on nolla jäyän appaleen lettä edustavlla srtyllä ja postvnen uodonuutosn johtavlla on postvsest sedefntt, on det [ ]. Vastaavast as- srtyllä. un [ ] saatrs [ ] on postvsest sedefntt sllon, un systeellä on vapausasteta, john e lty htautta (assaa ta htausoentta. Tällön on vastaavast det [ ]. VAIENEATON OINAISVÄRÄHTELY Vaeneattoan onasvärähtelyn leyhtälössä ( on uortusvetorn { F } paalla nollavetor, joten se on uotoa [ ]{ & } [ ]{ } { } & ( Etstään yhtälön ( haronsta uotoa olevaa ratasua { } { } sn( t ϕ { & } { } sn( t ϕ & (6

apltud- on pystyvetor, utta rjotetaan tlan säästäses tässä ja jatossa usen jollon on onasulataajuus, ϕ vaheula ja { } { L n} vetor. { } / vaaasuuntasest. Sjottaalla yrte (6 yhtälöön ( saadaan ehto [ ]{ } sn( t ϕ [ ]{ } sn( t ϕ { } (7 Yhtälö (7 toteutuu van, jos ([ ] [ ] { } { } (8 joa on tunteattoen apltuden L hoogeennen yhtälöryhä. Ryhällä,,, n (8 on e-trvaaleja ratasuja van, jos sen erronatrsn deternantt on nolla el det ([ ] [ ] (9 jota sanotaan systeen araterstses yhtälös. ehttäällä deternantt (9 saadaan tunteattoan λ astetta n oleva yhtälö. Tällä yhtälöllä on n juurta, jota ertään λ, λ, L, λn sten, että λ λ L λn. Luvut λ,,, L, n ovat onasulataajuudet. Vodaan osottaa, että ne ovat e-negatvsa reaalluuja. Vastaavast luvut f / π,, L, n ovat onastaajuudet. Joasta onasulataajuutta vastaa vaoerronta valle ysästtenen onasuoto { }, joa rateaa aavasta (8, un shen on sjotettu. Ylesest on voassa, että systeellä on yhtä onta onasulataajuutta ja -uotoa un sllä on vapausasteta. Onasulataajuudet ja -uodot rppuvat van systeen assan ja jäyyyden jaaantusesta, utta evät esers uortussta ta oordnaatten valnnasta. osa onasuoto on vaoerronta valle ysästtenen, on se ysästtesest äärätty, un yhdelle oponentlle valtaan arvo. Onasuotoa sanotaan noreeratus, jos sen oponentt ovat ysästtesä. Srtyävetorn { } alot ovat joo translaatota ta rotaatota, jollon nllä on ysöt, esers ja rad. aavan (6 uaan yös onasuodon { } oponentella on vastaavat ysöt. Noreerattuja onasuotoja pdetään usen densottona, utta tosnaan ysöt joudutaan ottaaan huooon, uten esers havannollstettaessa onasuodon esttäää värähtelyä tlanteessa, jossa vapausastena on seä translaatota että rotaatota. Jos onasuotoja pdetään densottona, täytyy nueerset laselat tehdä uutenn lan ysötä, osa syntyvssä lauseessa evät densot täsää, jos systeellä on olean tyyppsä va-

/ pausasteta. Noreeraus vodaan suorttaa onella tavalla, onasuotojen ollessa densottoa tavallsa enettelyjä ovat a Valtaan onasuodossa paassa olevan oponentn arvos ys. b Valtaan onasuodossa tsesarvoltaan suuran oponentn arvos ys. c Noreerataan onasuodot assaatrsn suhteen sten, että T,,, L,. Usen äytetään arvoja,,, L, n. { } [ ]{ } n Edellä noreerausessa äytettyä suuretta T { } [ ] { } ( } sanotaan onasuotoon { lttyväs odaalassas. Vastaavast suuretta T { } [ ]{ } ( sanotaan odaaljäyyydes. Densottoa onasuotoja äytettäessä on aavossa ( ja ( yös assaatrsn [ ] ja jäyyysatrsn [ ] ysöt jätettävä pos, jollon ss ja ovat paljata luuja. Jos ysöt otetaan äyttöön, on odaalassan perusysö g ja odaaljäyyyden perusysö N. saa- ertoalla onaspara daan yhtälö ja { } vastaava yhtälö (8 vasealta vetorlla { } T T T { } [ ]{ } { } [ ]{ } ( josta seuraa aavojen ( ja ( perusteella tulos / ( Onasulataajuudet vodaan peraatteessa ana äärttää deternanttyhtälöstä (9, utta deternantn ehttänen tulee työlääs, jos vapausasteta on paljon. Vastaavast noreeratut onasuodot vodaan lasea yhtälöryhästä (8, joa suurlla vapausasteäärllä on yös vaatva toenpde. Nätä tapausa ajatellen on ehtetty ona huoattavan tehoata, lähnnä teratvsa onasarvojen ja onasuotojen äärtysenetelä, john e tässä yhteydessä utenaan puututa. Seuraavassa estetään van eräs densottoen onasuotojen äärtystapa, joa on äyttöelponen van, jos vapausasteden äärä on pen. Oletetaan alus, että on araterstsen yhtälön (9 ysnertanen juur el ysnertanen onasulataajuus. ertään [ D( ] [ ] [ ] (

/ } osa onasuodon a oponentt evät ole nolla, vodaan olettaa, että onasuodon { ensänen oponentt e ole nolla (oordnaatt e lty värähtelyn solupsteeseen. Sllon vodaan ottaa sen ensänen oponentt yöses { } { } { } { V} L ( jossa ss { V} { L n } [ D( ]{ } { } n. Yhtälöryhä (8 on tapausessa (6 Ostetaan yhtälöryhä (6 seuraavast D( [ D( ] { D ( } [ D ( ] { V} { } (7 osa on ysnertanen ulataajuus, atrs [ D ( ] e ole sngulaarnen. Yhtälöstä (7 seuraa onasuodon loppupään alolle lasuaava { V} [ D ( ] { D ( } (8 ESIERI VSE uva. Eser. uvan uasessa olen vapausasteen jous-assa systeessä on g ja N/. Ratase systeen onasulataajuudet ja yhtälöden ( ja (8 uasest noreeratut onasuodot. Lase velä odaalassat ja -jäyyydet. Ratasu: Onasvärähtelyn leyhtälöryhäs tulee esers Newtonn laa äyttäen && && && Leyhtälöryhää vastaava araterstnen yhtälö on det [ D( ]

/ ( [( ] ( ( ( ( araterstsen yhtälön juuret ovat ( ( osa / (/ s, onasulataajuudet ja onastaajuudet ovat,6rad/ s,rad/ s 8,78rad/ s 7 f,8 Hz f, Hz f,9 Hz Edellä saatu araterstnen yhtälö on uotoa f( ( (. uvassa on polynon f ( uvaaja. Onasulataajuudet ovat sen nollaohdat. 6 araterstnen polyno. f( O( f( f( f( 6 8 6,,,, uva. Onasulataajuudet. aavan (8 uaan onasulataajuutta vastaava onasuoto { } saadaan vaoerronta valle ysästtesenä yhtälöryhästä Noreerataan onasuodot aavan ( uasest ja lasetaan onasuotojen loppupään alot aavasta (8. un, aavasta (8 seuraa { V } { } ( (

/6 Ensäses onasuodos tulee nän ollen { } { }. un, saadaan vastaavast { } { } V josta seuraa toses onasuodos { } { }. un, tulee { } { } ( ( V joten olas onasuoto on { } { }. uvassa on havannollstettu lasettuja onasuotoja. Lasetaan stten odaalassat ja -jäyyydet [ ] [ ] [ ] { } { } { } uva. Onasuodot.

/7 [ ] 7 7, (8 [ ] [ ] 7 688, (8 ESIERI VSE uvassa on olen vapausasteen lasentaall, jolla vodaan tuta sauvan asaalsa onasvärähtelytä, jollon jousvao on L EA / ja assa ρal /. Ratase systeen onasulataajuudet ja onasuodot. Ratasu: Systeellä on jäyän appaleen leahdollsuus, joa toteutuu, un oordnaatella on saa arvo. Jäyän appaleen lettä vastaa onasulataajuuden arvo nolla. aavojen ( ja (8 onasuotojen ratasuenetelä sop yös tapausn, jossa systeellä on jäyän appaleen leahdollsuusa. Leyhtälös saadaan esers Newtonn laa äyttäen && && && Helpost vodaan todeta, että systeen jäyyysatrs on sngulaarnen el [ ] det. araterstnen yhtälö on tässä tapausessa [ ] D( det ( ( ] [ ( ( ( ( (a L L E,A,ρ (b uva. Eser.

/8 / / / / Onasuodot saadaan ryhästä sjottaalla shen vuorotellen lasetut onasulataajuudet. Noreerataan onasuodot aavan ( uasest, jollon onasuotojen loppupään alot saadaan aavasta (8. Onasulataajuus vastaa jäyän appaleen lettä. Lasetaan ensn stä vastaava onasuoto { }. { } { } { } V { } on selväst jäyän appaleen lettä, osa alla oponentella on saa arvo, jollon jouset evät veny onasuodon { } uasessa leessä. un ja, saadaan vastaavast { } V { } V { } { } { } { } Onasvetoreta on havannollstettu uvassa. Ltetedosto: Douentt lasee usean vapausasteen systeen onasulataajuudet, onastaajuudet ja onasuodot seä vastaavat odaalassat ja odaaljäyyydet, un vapausasteden luuäärä n. { } { } { } uva. Onasuodot.

/9 HARJOITUS VSH Tarastellaan sesson VS9 harjotusen systeeä, jossa N/, g ja g. äärtä systeen onasulataajuudet ja onasuodot noreerattuna aavojen ( ja (8 uasest. Prrä onasuotoja havannollstavat uvat. Lase velä onasuotoja vastaavat odaalassat ja -jäyyydet. Vast. Vhjeet: { } { } { } ( rad/ s ( rad/ s 6 rad/ s HARJOITUS VSH O L / L / p θ p, I Tarastellaan sesson VS harjotusen systeeä, jossa p ja p seä L, N/ ja g. äärtä systeen onasulataajuudet ja onasuodot noreerattuna aavojen ( ja (8 uasest. Prrä onasuotoja havannollstavat uvat. Lase velä onasuotoja vastaavat odaalassat ja odaaljäyyydet. Vast. Vhjeet: { },6 { },89 { },rad/ s,,9 78,6 766,66,7rad/ s,,6 76,7 7,7 8,rad/ s,,9,,8 78,88