k c (1) F ελ f ( t) F απ http://www.didefth.gr/mathimata/ 1



Σχετικά έγγραφα
N/m, k 2 = k 4 = 6 N/m και m=2 kgr. (α) k 1 m k 3 k 4. (β) k 12 m k 34. k 12 = k 1 +k 2 = 3+6 = 9 N/m (1) k k = = = = 2 N/m (2) (3) k 2.

Ένα σύστημα εκτελεί ελεύθερη ταλάντωση όταν διεγερθεί κατάλληλα και αφεθεί στη συνέχεια ελεύθερο να

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Εξαναγκασµένες φθίνουσες ταλαντώσεις

Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

απόσβεσης, με τη βοήθεια της διάταξης που φαίνεται στο διπλανό σχήμα. Η σταθερά του ελατηρίου είναι ίση με k = 45 N/m και η χρονική εξίσωση της

3 Φθίνουσες Ταλαντώσεις

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2016 Α ΦΑΣΗ

Σύνολο Σελίδων: Ενδεικτικές Λύσεις Κυριακή 30 Σεπτέµβρη Θέµα Α

ιαγώνισµα στις Ταλαντώσεις ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΙΧΜΙΟ 1

Φυσική για Μηχανικούς

Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής, Σωστό-Λάθος

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Αρμονική Φόρτιση

ΦΘΙΝΟΥΣΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι - ΙΟΥΝΙΟΣ Θέματα και Λύσεις. Ox υπό την επίδραση του δυναμικού. x 01

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΚΑΙ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

Φυσική Ο.Π. Γ Λυκείου

ΛΥΣΕΙΣ. Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 3.

Φυσική για Μηχανικούς

ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις να επιλέξετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση χωρίς να αιτιολογήσετε την επιλογή σας.

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

B ΚΥΚΛΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΩΝ ΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟ Προτεινόµενα Θέµατα Γ Λυκείου Νοέµβριος 2013 ΘΕΜΑ Α. Καλή επιτυχία!

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Φθίνουσες ταλαντώσεις

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Αρμονική Φόρτιση (...)

T 4 T 4 T 2 Τ Τ Τ 3Τ Τ Τ 4

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

E = 1 2 k. V (x) = Kx e αx, dv dx = K (1 αx) e αx, dv dx = 0 (1 αx) = 0 x = 1 α,

Φυσική για Μηχανικούς

2 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1) ΘΕΜΑΤΑ

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ. ενέργεια είναι ίση µε την κινητική ενέργεια. Σε αποµάκρυνση θα ισχύει: 1 της ολικής ενέργειας. t π cm/s.

Σύνολο Σελίδων: επτά (7) - ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες Κυριακή 30 Σεπτέµβρη 2018 Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο:

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 9. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Φυσική για Μηχανικούς

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Περι-Φυσικής. Βαθµολογία % E = E max ηµπ(10 15 t 2x )

γ /ω=0.2 γ /ω=1 γ /ω= (ω /g) v. (ω 2 /g)(x-l 0 ) ωt. 2m.

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1η (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 21/10/12

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 4/11/2012

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ÊÏÑÕÖÇ ÊÁÂÁËÁ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ

Ελεύθερη Ταλάντωση Μονοβάθμιου Συστήματος

1. Η απομάκρυνση σώματος που πραγματοποιεί οριζόντια απλή αρμονική ταλάντωση δίδεται από την σχέση x = 0,2 ημ π t, (SI).

ΚΕΦΑΛΑΙΑ 3,4. Συστήµατα ενός Βαθµού ελευθερίας. k Για E 0, η (1) ισχύει για κάθε x. Άρα επιτρεπτή περιοχή είναι όλος ο άξονας

Πρόχειρες Λύσεις. Θέµα Α

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΧΕΙΜΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 30/12/11 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΦΥΣ. 211 ΕΡΓΑΣΙΑ # 8 Επιστροφή την Τετάρτη 30/3/2016 στο τέλος της διάλεξης

1-6: ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ.

Σύνολο Σελίδων: έξι (6) - ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο: Θέµα Α

Ε Ρ Ω Τ Η Σ Ε Ι Σ Σ Τ Ι Σ Φ Θ Ι Ν Ο Υ Σ Ε Σ Τ Α Λ Α Ν Τ Ω Σ Ε Ι Σ

ΘΕΜΑ 1ο ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 1 ο ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΙΧΜΙΟ Επαναληπτικό στη Φυσική 1. Θέµα 1 ο

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 2 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2018: ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Κεφ 4: Εξαναγκασμένη ταλάντωση μηχανικών συστημάτων ενός βαθμού ελευθερίας με αρμονική διέγερση

ΦΥΣΙΚΗ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2006 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Γ ΤΑΞΗ. 4 ο ΓΕ.Λ. ΡΑΜΑΣ "ΕΞΟΜΟΙΩΤΗΣ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ 1 ο & 2 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ" ΘΕΜΑ 1ο. γ. λ 1 =λ 2 /2 δ. λ 1 = λ 2 /4 Μονάδες 5. γ. λ=2l/3 δ.

Μονάδες 5 2. Στο διπλανό σχήµα φαίνεται το

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

Σύνολο Σελίδων: οκτώ (8) - ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες Κυριακή 13 Νοέµβρη 2016 Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο: Θέµα Α

Θέμα 1 ο (Μονάδες 25)

Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

Σχολή E.Μ.Φ.Ε ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ (ΚΥΜΑΤΙΚΗ) Κανονικές Εξετάσεις Χειµερινού εξαµήνου t (α) Αν το παραπάνω σύστηµα, ( m, s,

Προτεινόμενα θέματα Πανελλαδικών εξετάσεων. Φυσική Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης ΕΛΛΗΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ

α. Ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή σε ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ÁÎÉÁ ÅÊÐÁÉÄÅÕÔÉÊÏÓ ÏÌÉËÏÓ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ. ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2017 Α ΦΑΣΗ

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ιδακτική Ενότητα: Μηχανικές Αρµονικές Ταλαντώσεις Ερωτήσεις που δόθηκαν στις εξετάσεις των Πανελληνίων ως

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 19/11/2017 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ

ΘΕΜΑ Β Β.1 Ένα σύστημα ξεκινά φθίνουσες ταλαντώσεις με αρχική ενέργεια 100J και αρχικό πλάτος A o. Το έργο της δύναμης αντίστασης μετά από N ταλαντώσε

ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣ ΣΤΙΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Διαγώνισμα Φυσικής Προσανατολισμού Γ Λυκείου. Ταλαντώσεις. Θέμα Α

Ονοματεπώνυμο: Επιμέλεια διαγωνίσματος: Αξιολόγηση :

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ηµεροµηνία: Τετάρτη 18 Απριλίου 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 2 ο ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Φάσμα & Group προπαρασκευή για Α.Ε.Ι. & Τ.Ε.Ι.

b. η ταλάντωση του σώματος παρουσιάζει διακρότημα.

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Σύνολο Σελίδων: επτά (7) - ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες Κυριακή 8 Οκτώβρη 2017 Βαθµολογία % Ονοµατεπώνυµο: Θέµα Α

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 02 ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Διάρκεια: 3ώρες ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5)

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

2. Κατά την ανελαστική κρούση δύο σωμάτων διατηρείται:

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΤΑΞΗ

Θέμα 1 ο (Μονάδες 25)

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2019 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 6

ΘΕΜΑ 1 0. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό καθεµιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-5 και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

3ο ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 19 Οκτώβρη 2014 Ταλαντώσεις - Πρόχειρες Λύσεις. Θέµα Α

15 s. F= b υ+k x-mω 2 x F= b ω A συνωt+(k-mω 2 ) A ηµωt. F= b ω Α. b ω ( )

6. Αρµονικός ταλαντωτής

Transcript:

Την παρακάτω ανάλυση στο θέµα των Εξαναγκασµένων Ταλαντώσεων έκαναν οι : ρ. Μιχάλης Αθανασίου ρ. Απόστολος Κουιρουκίδης Φυσικοί, Επιστηµονικοί Συνεργάτες ΤΕΙ Σερρών, στα Τµήµατα Πληροφορικής -Επικοινωνιών και Μηχανολογίας Στην παράγραφο -6 ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ του βιβλίου Φυσικής Θετικής Κατεύθυνσης, εντοπίζονται ασάφειες και αντικρουόµενες διατυπώσεις. Για το λόγο αυτό και µε σκοπό να διευκρινιστεί κατά το δυνατόν το πρόβληµα της εξαναγκασµένης ταλάντωσης στο Μέρος Α αναφέρεται η σχετική βασική θεωρία. Ακολούθως στο Μέρος Β διατυπώνονται παρατηρήσεις σε ορισµένα αναγραφόµενα του σχολικού βιβλίου καθώς και οι αντίστοιχες υποδείξεις για µια πληρέστερη ανάπτυξη του θέµατος. ΜΕΡΟΣ Α ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΒΑΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ. Εξίσωση κίνησης Όταν σ ένα σύστηµα που εκτελεί ταλάντωση ασκούνται εξωτερικές δυνάµεις τότε η ταλάντωση λέγεται εξαναγκασµένη. Το σύστηµα του σχήµατος που αποτελείται από ένα σώµα µάζας m στην οποία επιδρά µια εξωτερική δύναµη f(t) (διέγερση), ένα ελατήριο στιβαρότητας k και ένα αποσβεστήρα µε συντελεστή απόσβεσης c είναι το πιο απλό σύστηµα που εκτελεί εξαναγκασµένη ταλάντωση. k c x F ελ f(t) F απ Σχήµα Ισχύει ma F mx && F F + f ( t) mx && kx cv+ f ( t) ολ ελ απ mx && + cx& + kx f ( t) () http://www.didefth.gr/mathimata/

H () είναι η διαφορική εξίσωση κίνησης του συστήµατος. Η γενική λύση της () είναι όπου x h (t) είναι η οµογενής και (t) x p. Απόκριση σε αρµονική διέγερση Ορίζουµε το µέτρο απόσβεσης ζ και διακρίνουµε τις περιπτώσεις: α) Το σύστηµα να έχει αποσβέσεις (ζ>0) η µερική λύση της. x( t) x ( t) x ( t) () h + p c ζ (3) mk Έστω ότι η εξωτερική δύναµη που επιδρά σε ένα γραµµικό ταλαντωτή (σχήµα ) είναι αρµονική, δηλαδή Στην περίπτωση αυτή η εξίσωση κίνησης () του ταλαντωτή είναι Η γενική λύση της (4) είναι όπου x h (t) είναι η οµογενής και (t) Αποδεικνύεται ότι η συνάρτηση x p f ( t) fˆ cosωt (4) mx && + cx& + kx f ( t) mx && + cx& + kx f ˆ cosωt (5) η µερική λύση της. x( t) x ( t) x ( t) (6) h + p ( ) x ˆ p ( t) x cos Ωt φ (7) είναι µερική λύση της (5). Το πλάτος xˆ, και η διαφορά φάσης φ µεταξύ της διέγερσης f(t) και της µερικής λύσης, προσδιορίζονται µε αντικατάσταση της (7) στην εξίσωση (5) και είναι. xˆ fˆ ( k mω ) + ( cω) (8) ή µε 0 φ<π. cω tanφ (9) k mω φ tan cω k mω (0) http://www.didefth.gr/mathimata/

Η µορφή της συνάρτησης xh ( t ) είναι όπου δt x ( t) Ae cos( ω t θ) αν 0< ζ< () h ω d δ ζω 0 () k ω 0 (3) m d ω 0 ζ (4) ( ω ) ω0t xh ( t) e x0+ v0+ 0x0 t αν ζ (5) όπου x ( t) a e + a e αν ζ> (6) h λt λt λ ζω0 + ω0 ζ, λ ζω0 ω0 ζ (7α) v0 λ x0 v0 λx0 a, a λ λ λ λ (7β) Σε κάθε περίπτωση η xh ( t ) τείνει στο µηδέν όταν ο χρόνος απειρίζεται. Πρακτικά αυτό συµβαίνει σε µικρότερο χρόνο οπότε λέµε ότι το σύστηµα είναι στη µόνιµη κατάσταση. ηλαδή στη µόνιµη κατάσταση (Steady state) η λύση της εξίσωσης είναι η xp ( t ) όπως δείχνεται στο σχήµα (). 6 5 4 3 Steady State x 0 - - -3-4 0 500 000 500 000 500 3000 t Σχήµα http://www.didefth.gr/mathimata/ 3

Το φαινόµενο του συντονισµού Ένα σύστηµα που ταλαντώνεται υπό την επίδραση αρµονικής διέγερσης βρίσκεται σε κατάσταση συντονισµού όταν το πλάτος ˆx (σχέση 8) της ταλάντωσης στη µόνιµη κατάσταση είναι µέγιστο. Η τιµή της συχνότητας Ω για την οποία το πλάτος ˆx γίνεται µέγιστο λέγεται συχνότητα συντονισµού και συµβολίζεται µε Ω συν. Η µέγιστη τιµή ˆx καθώς και η αντίστοιχη Ω συν, βρίσκεται παραγωγίζοντας τη σχέση ως προς Ω. xˆ fˆ ( k mω ) + ( cω) (8) Στο σηµείο αυτό απαιτείται προσοχή. Συγκεκριµένα θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η µορφή του πλάτους ˆf της εξωτερικής διέγερσης. Αναφέρονται ενδεικτικές περιπτώσεις: α) Η ˆf να µην εξαρτάται από την Ω, δηλαδή ˆf σταθερή Τότε η Ω συν δίνεται από τη σχέση Ω συν ω 0 ζ για ζ 0. 707 (9) Στο σχήµα (3) δείχνεται η µεταβολή του πλάτους ˆx σε σχέση µε το λόγο n Ω/ω 0 για διάφορες τιµές του ζ. Για ζ 0.707 ο λόγος Ω συν /ω 0 είναι µικρότερος της µονάδας, ενώ για ζ 0.707 το πλάτος δεν εµφανίζει τοπικό µέγιστο, (δεν παρατηρείται συντονισµός). Το πλάτος της ταλάντωσης στην κατάσταση συντονισµού στην περίπτωση αυτή δίνεται από τη σχέση fˆ xˆ max (0) ζ ζ k 4 3.5 3.5 z0.0 X.5 z0. z0.7 0.5 z4 0 0 0.5.5.5 3 3.5 4 n Σχήµα 3 http://www.didefth.gr/mathimata/ 4

β) Η ˆf να είναι ανάλογη του Ω, δηλαδή ˆf α Ω Τότε η Ω συν δίνεται από τη σχέση Ω συν ω 0 () γ) Η ˆf να είναι ανάλογη του Ω, δηλαδή ˆf Τότε η Ω συν δίνεται από τη σχέση Ω συν α Ω ω 0 ζ για ζ 0. 707 () Από τις παραπάνω περιπτώσεις η (β) συναντάται στα ηλεκτρικά κυκλώµατα RLC ενώ η (γ) σε φαινόµενα αζυγοσταθµίας µηχανικών συστηµάτων. Σύµφωνα µε τις παραπάνω σχέσεις (3, 4, 5) δείχνεται ότι η συχνότητα συντονισµού Ω συν γενικά δεν ισούται µε την ιδιοσυχνότητα ω 0 του συστήµατος. Για παράδειγµα αν ζ 0.5 τότε στην (α) περίπτωση Ω συν 0.7ω 0 και στην (γ) Ω συν.4ω 0, τιµές που απέχουν κατά πολύ από την ιδιοσυχνότητα ω 0. β) Το σύστηµα να µην έχει αποσβέσεις (ζ0) Στην περίπτωση αυτή η εξίσωση κίνησης () του ταλαντωτή είναι mx && + kx f ( t) mx && + kx f ˆ cosωt (3) ιακρίνουµε τις εξής περιπτώσεις: i) Ω ω 0 Η λύση της εξίσωσης είναι της µορφής x( t) Acosω t+ B cosω t+ C sin Ωt+ φ (4) 0 0 ( ) ηλαδή είναι µη αρµονική περιοδική µε συχνότητες, τις Ω και ω 0, (το σύστηµα δεν ταλαντώνεται µε τη συχνότητα της δύναµης). ii) Ω ω 0 Η λύση της εξίσωσης είναι της µορφής x( t) Acosω t+ B sinω t+ Ct sin ω t+ φ (5) 0 0 0 ( ) Η λύση της εξίσωσης είναι ανάλογη του χρόνου και οι τιµές τείνουν στο άπειρο. http://www.didefth.gr/mathimata/ 5

ΜΕΡΟΣ Β ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΣΧΟΛΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΑΝΑΓΡΑΦΟΜΕΝΑ ΣΤΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΒΙΒΛΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ Με βάση τα προαναφερθέντα ακολουθούν οι παρακάτω παρατηρήσεις -υποδείξεις:. Σελίδα Αναφέρεται: «Στη διάταξη του σχήµατος.5 το ελατήριο είναι δεµένο µε σχοινί, το άλλο άκρο του οποίου προσδένεται στον τροχό Τ ο οποίος, µε κατάλληλη διάταξη µπορεί να περιστρέφεται. Η περιστροφή του τροχού αναγκάζει το σφαιρίδιο να εκτελεί κατακόρυφη ταλάντωση. Η συχνότητα της ταλάντωσης συµπίπτει µε τη συχνότητα περιστροφής του τροχού». Παρατηρήσεις α) Η διάταξη όπως παρουσιάζεται δεν φαίνεται αλλά ούτε και αναφέρεται ότι υπάρχουν αποσβέσεις. Στην περίπτωση αυτή η κίνηση του συστήµατος περιγράφεται από την διαφορική εξίσωση (3) η λύση της οποίας δίνεται: i) από τη σχέση (4) αν Ω ω 0 (έχει δύο συχνότητες, την Ω και την ω 0 και όχι µία όπως αναφέρεται στο βιβλίο), ii) από την σχέση (5) αν Ω ω 0 (είναι ανάλογη του χρόνου και άρα έχει άπειρες συχνότητες σύµφωνα µε την κατά Fourier ανάλυση και όχι µία όπως αναφέρεται στο βιβλίο). β) Το νήµα µπορεί υπό ορισµένες συνθήκες να διπλωθεί στη φάση ανόδου της σφαίρας. Υποδείξεις α) Να αντικατασταθεί το σχήµα.5 του σχολικού βιβλίου µε το σχήµα.7 στο οποίο υπάρχουν αποσβέσεις λόγω πεπιεσµένου αέρα. β) Να αντικατασταθεί το νήµα µε άλλο µέσο. Σχόλιο Για την αναλυτική µελέτη της κίνησης της διάταξης του σχήµατος.5 σχολικού βιβλίου δες αναφορά () σελ. 40 καθώς και αναφορά () σελ. 64, 65.. Σελίδα - Αναφέρεται: «Οι τιµές του πλάτους της είναι γενικά µικρές, εκτός αν η συχνότητα f πλησιάζει στην ιδιοσυχότητα f 0, οπότε το πλάτος παίρνει µεγάλες τιµές και γίνεται µέγιστο όταν η συχνότητα f γίνει ίση µε την ιδιοσυχνότητα f 0. Τότε λέµε ότι έχουµε το φαινόµενο του συντονισµού» Παρατηρήσεις Όπως αναφέρθηκε (σχέσεις 9, ) υπάρχουν συστήµατα για τα οποία το πλάτος της ταλάντωσης (σχ. 8) γίνεται µέγιστο όταν η συχνότητα της δύναµης είναι διαφορετική της ιδιοσυχνότητας όπως και συστήµατα (σχέση, σχήµα.9 σχολικού βιβλίου) για τα οποία το πλάτος γίνεται µέγιστο όταν η συχνότητα της δύναµης ισούται µε την ιδιοσυχνότητα. Άρα ο ορισµός του συντονισµού στο σχολικό βιβλίο είναι εν µέρει λάθος και ασαφής καθόσον συνήθως δεν συµβαίνει πάντοτε όταν f f 0 όπως αναφέρεται. Υποδείξεις Η σωστή διατύπωση είναι: Ένα σύστηµα που ταλαντώνεται υπό την επίδραση αρµονικής διέγερσης βρίσκεται σε κατάσταση συντονισµού όταν το πλάτος ˆx (σχέση 8) της ταλάντωσης στη µόνιµη κατάσταση είναι µέγιστο. Στην κατάσταση συντονισµού η συχνότητα f της διέγερσης µπορεί να είναι ίση ή και διαφορετική (µικρότερη) της ιδιοσυχνότητας του συστήµατος. http://www.didefth.gr/mathimata/ 6

3. Σελίδα Αναφέρεται: «Το πλάτος της ταλάντωσης κατά τον συντονισµό εξαρτάται από τη σταθερά απόσβεσης» Παρατηρήσεις Η πρόταση είναι ασαφής και εν µέρει σωστή. Όπως προκύπτει και από τη σχέση (0), το πλάτος της ταλάντωσης κατά τον συντονισµό εξαρτάται από το µέτρο απόσβεσης ζ (σχέση 3) και άρα από τη σταθερά απόσβεσης, που συµβολίζεται µε b στο σχολικό βιβλίο, (στη διεθνή βιβλιογραφία η σταθερά απόσβεσης αναφέρεται ως συντελεστής απόσβεσης, damping coefficient και συµβολίζεται συνήθως µε το γράµµα c) αλλά και από τη σταθερά k του ελατηρίου όπως και από τη µάζα m του συστήµατος. Θα πρέπει να τονιστεί ότι στη διεθνή βιβλιογραφία στα διαγράµµατα του πλάτους σε σχέση µε την συχνότητα της δύναµης (σχήµα.8 σχολικού βιβλίου) η παράµετρος είναι το ζ και όχι το b. Η χρήση του b αντί του ζ στη µελέτη µεταβολής του πλάτους δεν καλύπτει την περιγραφή του φαινόµενου στη περίπτωση µεταβολής της µάζας m του συστήµατος ή της σταθεράς k του ελατηρίου. Υποδείξεις Να ορισθεί το µέτρο απόσβεσης (σχέση 3) και στο σχήµα.8 να αντικατασταθεί η σταθερά απόσβεσης b µε το σύµβολο της απόσβεσης ζ. 4. Σελίδα Αναφέρεται: «Το σηµείο από το οποίο ξεκινούν όλες οι καµπύλες στο διάγραµµα απέχει από την αρχή των αξόνων όσο απέχει το σηµείο πρόσδεσης του σχοινιού από το κέντρο του τροχού Τ» Παρατηρήσεις Η πρόταση είναι ασαφής και λάθος. Αν θεωρηθεί ότι η συχνότητα f της δύναµης παίρνει και την µηδενική τιµή τότε ο τροχός Τ δεν περιστρέφεται και άρα το σώµα Σ δεν ταλαντώνεται, δηλαδή το πλάτος της ταλάντωσης είναι µηδέν και άρα το σηµείο από το οποίο ξεκινούν όλες οι καµπύλες στο διάγραµµα του σχήµατος.8 είναι η αρχή των αξόνων. Το σωστό είναι ότι για τιµές της f που τείνουν στο µηδέν το σώµα Σ ταλαντώνεται πολύ αργά και το πλάτος της ταλάντωσης Α ισούται όσο απέχει το σηµείο πρόσδεσης του σχοινιού από το κέντρο του τροχού Τ Υποδείξεις Να διατυπωθεί η πρόταση ως εξής: Για πάρα πολύ µικρές τιµές της συχνότητας περιστροφής του τροχού Τ το πλάτος της ταλάντωσης ισούται όσο απέχει το σηµείο πρόσδεσης του σχοινιού από το κέντρο του τροχού Τ Αναφορές. Νατσιάβας Σ. Ταλαντώσεις Μηχανικών Συστηµάτων, Εκδόσεις Ζήση, Θεσσαλονίκη, 00.. Graham Kelly S. Mechanical vibrations, Sshaum s Outlines Series, McGraw-Hill, 996. 3. Alonso Finn, Θεµελιώδης Πανεπιστηµιακή Φυσική, ΙΙ Πεδία και Κύµατα, σε µετάφραση Λ. Ρεσβάνη, Τ. Φίλιππα, 979. Στείλτε µας τα σχόλια σας στο e-mail: mathanas@ee.duth.gr http://www.didefth.gr/mathimata/ 7

http://www.didefth.gr/mathimata/ 8