Fysik
Pendulet
Hejsa jeg skal skrive en SRO om pendulet. Jeg har svært ved at finde ud af hvordan man er kommet frem til at dens bevægelse beskrives med en sinuskurve, og at perioden findes ved T = 2π*(L/g)^0,5 hvor L er længden af snoren og g er tyngdeaccelerationen.
Jeg er kommet så langt at jeg har fundet ud af at:
"Jeg har vedhæftet en tegning der forhåbentligt skulle illustrere min tankegang"
Fres = Fg + Fsnor
Fres = Fg * sin(θ) <-- Fres, Fg og Fsnor skal forstille at være vektore, og representerer hhv. tyngdekraften, kraften snoren trækker i pendulet med og den resulterendekraft.
Derfra får vi ud fra newtons anden lov F=m*a at :
a = sin(θ) * g
Min lærer gav mig så det hint at sin(θ) → θ for små værdier af θ så:
a ≈ -θ*g
Og det er herfra jeg er en smule i tvivl.
så får vi differentialligning
x'' = -g*θ * x(t) Min lærer har givet mig løsningen til den, men den kan jeg heller ikke sådan HELT komme frem til:
x(t) = -g*θ*sin(√g*θ * t) <-- ja, det er én af løsningerne man kan komme frem til men ikke den "generelle" er det??
=> x'' + g*θ * x(t) = 0 <-- som er en andengrads homogen differentialligning korrekt?
så jeg finder rødderne : r^2 + g*θ = 0 => r = ± i*√g*θ
For andengrads homogene differentialligninger har jeg lært at den generelle løsning er y(x) = e^λ ( cos(μ*x) + sin(μ*x) ) hvor lambda er den reelle del af den komplekse rod og my den imaginære...
godt. i min rod er der ingen reel rod, så e^0 = 1 vi får
x(t) = cos(√g*θ *t) + sin(√g*θ *t) og her går jeg så i stå.
Jeg ved at perioden for den slags findes nøjagtig ligesom hvis cosinus ledet ikke havde været der, så T = 2π*√g*θ Men i det udtryk står der absolut ingenting om længden af snoren. Så hvordan finder jeg ud af at udtrykke længden af snoren ud fra θ ?? :P og hvorfor kan min matematik lærer bare antage at
cos(√g*θ *t) + sin(√g*θ *t) = sin(√L/g * t) eller hvordan det nu er.
Jeg tror der er gået noget helt fundementalt galt i beviset her :P håber nogen kan hjælpe. På forhånd tak.
Svar #2
14. januar 2010 af Argus (Slettet)
Du laver en fejl når du går fra a ≈ -θ*g til x'' = -g*θ * x(t), for hvor kom det x på højre siden fra.
Jeg kunne opnå det ønskede som følger: For små vinkler i forhold til længden L, kan vi lade som om at trekanten fra ophængspunktet, midten af svingningen og lodets position x, er retvinklet. Det er klart dette kun er approksimativt. For denne trekant ved vi sinΘ=x/L (hvor x altså er positionen, der er "længden" af den modstående katode). Fra a = sin(θ) * g får vi differentialligningen
x''=-g/L*x
Denne har løsningerne x=b*cos(√g/L *t) + c*sin(√g/L *t) , hvor b og c er vilkårlige konstanter (amplituder så at sige) og kvadratroden dækker både g og L. Hvis vi nu sætter tiden således at x(0)=0, forsvinder cos delen. Dermed har vi x=c*sin(√g/L *t). sin er 2π periodisk, så når argumentet giver 2π er vi tilbage igen. Dvs
2π=(g/L)^0.5*T -> T=2π(L/g)^0.5
hvilket er den ønskede formel.
Svar #3
15. januar 2010 af NejTilSvampe
Tak for dit svar Argus, jeg har lavet en ny tegning, giver det her nogenlunde mening? På forhånd tak (:
Svar #4
15. januar 2010 af Argus (Slettet)
Jeg synes det ser ud som om du blander retlinjet acceleration sammen med vinkelacceleration. Det a der indgår i Newtons anden lov er, er den andenafledte af en stedkordinat. Du bruger istedet en vinkel kordinat.
Jeg mener at huske at man skal lave den approksimation, at lodet istedet for at følge cirkelbuen, følger din stiplede linie. Sålænge udsvingene er små i forhold til længden, er det en fin approksimation. I det tilfælde får du en x-kordinat, der er lodets position på denne stiplede akse. Det er vha. denne kordinat at jeg gennemførte udregninging.
Du skal forøvrigt også lige have et fortegn ind på a. Når vinklen er positiv (postion på højre side) er accelerationen rettet mod venstre, altså negativ på aksen. Derfor er a= - g*sinθ. sinθ skal så approksimeres efter den måde jeg forklarede overfor, og så kører det.
Skriv et svar til: Pendulet
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.
