Μηχανική - Ρευστομηχανική

Σχετικά έγγραφα
Μηχανική - Ρευστομηχανική

Μηχανική - Ρευστομηχανική

Μηχανική - Ρευστομηχανική

Μηχανική - Ρευστομηχανική

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική (Ε) Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Ενότητα 2: Θεωρία ταλαντώσεων (Συνοπτική περιγραφή) Αικατερίνη Σκουρολιάκου. Τμήμα Ενεργειακής Τεχνολογίας

Γενική Φυσική. Ενότητα 8: Ταλαντώσεις. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

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

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

2 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1) ΘΕΜΑΤΑ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗΝ ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ

Φυσική για Μηχανικούς

Οι ταλαντώσεις των οποίων το πλάτος ελαττώνεται με το χρόνο και τελικά μηδενίζονται λέγονται φθίνουσες

Κεφάλαιο 13. Περιοδική Κίνηση

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΚΑΙ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2019

Αρµονικοί ταλαντωτές

Αρµονικοί ταλαντωτές

Φυσική για Μηχανικούς

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

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

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

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

Μηχανική - Ρευστομηχανική

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 2 ο ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΘΙΝΟΥΣΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Φυσική Ο.Π. Γ Λυκείου

Κεφάλαιο 14 Ταλαντώσεις. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Φυσική για Μηχανικούς

Ομαλή Κυκλική Κίνηση 1. Γίνεται με σταθερή ακτίνα (Το διάνυσμα θέσης έχει σταθερό μέτρο και περιστρέφεται γύρω από σταθερό σημείο.

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

Φυσική Ι. Ενότητα 9: Στροφορμή. Κουζούδης Δημήτρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

k c (1) F ελ f ( t) F απ 1

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Πρόχειρες Λύσεις. Θέµα Α

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΙΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ ΚΑΙ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

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

Γ.Κονδύλη 1 & Όθωνος-Μ αρούσι Τ ηλ. Κέντρο: , /

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

1ο ΘΕΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ερωτήσεις Πολλαπλής Επιλογής, Σωστό-Λάθος

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

2 ο ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1) ΘΕΜΑΤΑ

Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. Υπολογισμός της ελαστικής δυναμικής ενέργειας

Δυναμική εργαλειομηχανών

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ. Φυσική Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ. D = mω 2

α. Από τη μάζα του σώματος που ταλαντώνεται. β. Μόνο από τα πλάτη των επιμέρους απλών αρμονικών ταλαντώσεων.

Στις ερωτήσεις A1 - A4, να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΦΘΙΝΟΥΣΑ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ. Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ ΜΕ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ Επιμέλεια: Π. Καλογεράκος (Φυσικός)

b. η ταλάντωση του σώματος παρουσιάζει διακρότημα.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΜΕ ΣΩΜΑΤΑ ΣΕ ΕΠΑΦΗ. Σύστημα σωμάτων σε επαφή στο οριζόντιο επίπεδο με ελατήριο συνδεδεμένο στο ένα σώμα.

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2016 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 7

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ-ΟΜΟΓΕΝΩΝ 25/7/2015

Γενικό κριτήριο αξιολόγησης στις ταλαντώσεις

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ 01 ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Διάρκεια: 3ώρες ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5) ΘΕΜΑ Α

Ύλη πάνω στις ταλαντώσεις :

Αρµονικοί ταλαντωτές

Φυσική Ι. Ενότητα 11: Ταλαντώσεις. Κουζούδης Δημήτρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΟΡΟΣΗΜΟ. 1ο Κριτήριο αξιολόγησης στα κεφ Θέμα 1. Κριτήρια αξιολόγησης Ταλαντώσεις - Κύματα.

Προτεινόμενα θέματα για τις εξετάσεις 2011

Υπολογισμός της σταθεράς ελατηρίου

1. Ένα σώμα m=1kg εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση και η μεταβολή της επιτάχυνσής του σε συνάρτηση με το χρόνο, φαίνεται στο σχήμα.

ΨΗΦΙΑΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ «ΦΥΣΙΚΗ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ» 2 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2018: ΘΕΜΑΤΑ

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ, 8 Μαρτίου 2019 Διδάσκοντες: Βαρσάμης Χρήστος, Φωτόπουλος Παναγιώτης

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

ΘΕΜΑ 1ο. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμίας από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

5. Το διάγραμμα του σχήματος παριστάνει την ταχύτητα ενός σώματος που εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση σε συνάρτηση με τον χρόνο.

ΕΝΟΤΗΤΑ 3: ΦΘΙΝΟΥΣΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ

Εξαναγκασµένες φθίνουσες ταλαντώσεις

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΚΑΙ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ. Ενότητα 8: ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΑΞΟΝΑ. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΘΕΜΑ Α A1. Στις ερωτήσεις 1 9 να επιλέξετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση, χωρίς να αιτιολογήσετε την επιλογή σας.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΣΩΣΤΟΥ ΛΑΘΟΥΣ ΜΕ ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΡΟΣ 2. έχει το φυσικό του μήκος και η πάνω άκρη του είναι δεμένη σε σταθερό σημείο.

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Physics by Chris Simopoulos. Άρα. Άρα. sec. Άρα ΦΘΙΝΟΥΣΕΣ ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΕΣ ΛΥΣΕΙΣ Από την εξίσωση του πλάτους για τη φθίνουσα ταλάντωση έχουμε

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

Φθίνουσες Εξαναγκασμένες Ταλαντώσεις. Ομάδα Γ.

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Διδάσκοντες: Βαρσάμης Χρήστος, Φωτόπουλος Παναγιώτης

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.

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚ. ΘΕΤ/ΤΕΧΝ ΣΤΟ ΚΕΦ. 1 ΘΕΜΑ Α Α.1

Διαγώνισμα 5 Ζήτημα ο 1

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Ε ρ ω τ ή σ ε ι ς σ τ ι ς μ η χ α ν ι κ έ ς τ α λ α ν τ ώ σ ε ι ς

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

Να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

γ. Πόση επιτάχυνση θα έχει το σώμα τη στιγμή που έχει απομάκρυνση 0,3 m;

2. Κατά την ανελαστική κρούση δύο σωμάτων διατηρείται:

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2: ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ (ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ, ΑΡΧΙΚΗ ΦΑΣΗ, ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ, ΟΡΜΗ) 2ο set - μέρος Α - Απαντήσεις ΘΕΜΑ Β

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

ΦΥΣΙΚΗ Ο.Π. ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. δ) κινείται έτσι ώστε η μεταξύ τους απόσταση να παραμένει σταθερή.

4. Σώμα Σ 1 μάζας m 1 =1kg ισορροπεί πάνω σε λείο κεκλιμένο επίπεδο που σχηματίζει με τον ορίζοντα γωνία φ=30 ο. Το σώμα Σ 1 είναι δεμένο στην άκρη

Ενδεικτικές Λύσεις. Θέµα Α

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

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2: ΑΠΛΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ (ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ, ΑΡΧΙΚΗ ΦΑΣΗ, ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ, ΟΡΜΗ) ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Β

Transcript:

Μηχανική - Ρευστομηχανική Ενότητα 9: Ταλαντώσεις Διδάσκων: Πομόνη Αικατερίνη, Αναπλ. Καθηγήτρια Επιμέλεια: Γεωργακόπουλος Τηλέμαχος, Υπ. Διδάκτωρ Φυσικής 015 Θετικών Επιστημών Φυσικής

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Σκοποί ενότητας Απλή αρμονική ταλάντωση Φυσικό εκκρεμές Αποσβεννυμένες ταλαντώσεις Εξαναγκασμένη ταλάντωση

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 1 Απλή Αρμονική Ταλάντωση Όταν το ελατήριο υπακούει στο νόμο του Hooke F kxxˆ, δηλαδή η δύναμη επαναφοράς εξαρτάται γραμμικά από την απομάκρυνση x, dx F kxxˆ ma m xˆ dx dt m xˆkxxˆ0 και με ω =k/m dt dx x ˆ xx ˆ 0 dt Η λύση αυτής της διαφορικής εξίσωσης είναι η x(t) = Acos (ωt + φ) (1) με Α το πλάτος της κίνησης και φ την αρχική φάση που ορίζει την απομάκρυνση τη χρονική στιγμή t=0 dx Asin( t )() dt x A -A F m x m x=0 m x F F 0 x x x T t

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ οριακές συνθήκες Αν την t=0, x=x ο και υ=0, οι (1) και () γράφονται: x o =Acosφ, υ=-αωsinφ=0 και κατά συνέπεια φ=0 και A=x o Επομένως x=x o cosωt και υ=-x o ωsinωt x x o -x o Τ υ ωx o t -ωx o Τ t Αν την t=0, x=0 και υ=υ ο, οι (1) και () γράφονται: 0=Acosφ, υ=υ ο = -Αωsinφ Από αυτές προκύπτει A=-υ ο /ω και φ=π/. Επομένως x= (υ ο /ω) sinωt και υ=υ ο cosωt x υ o /ω -υ o /ω Τ υ υ o t -υ o Τ t

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 3 κατακόρυφο ελατήριο Στο στιγμιότυπο (a), ελατήριο κρέμεται από στήριγμα έχοντας το φυσικό του μήκος. Στη συνέχεια προσαρτάται σ αυτό σώμα μάζας m και τo σύστημα ισορροπεί στη θέση x=x o (b). Εκτρέπουμε το σώμα από τη θέση αυτή και το αφήνουμε ελεύθερο (c). Να ευρεθεί η απομάκρυνσή του σαν συνάρτηση του χρόνου. α τρόπος: Στο στιγμιότυπο (b), (a) (b) (c) F 1 F x o m x m mg mg x x=0 x =0 + F mg 0 kx xˆ mgxˆ 0 x 1 O O mg k

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 4 κατακόρυφο ελατήριο Αν κατά την επιστροφή του προς τη θέση ισορροπίας (στιγμιότυπο c), τη χρονική στιγμή t η απομάκρυνση του είναι x, dx F kxxˆ, F mg ma m xˆ mgxˆ kxxˆ dt d x k d x k gm x g 0 ( x ) 0 (1) dt m dt m k mg dy dx d y d x y x,, k dt dt dt dt η εξίσωση (1) γράφεται: d y k 0 y dt m Κι επομένως έχει λύση την y=acos(ωt+φ) με ω =k/m ή x= y+mg/k = Acos(ωt+φ) +x o, δηλ. το σώμα κάνει απλή αρμονική ταλάντωση γύρω από τη θέση x o

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ 5 κατακόρυφο ελατήριο β τρόπος: Συγκρίνοντας το στιγμιότυπο (c) με το στιγμιότυπο (b), αν ορίσουμε σαν x =0 τη θέση x o, τότε x=x o +x και F kxxˆ k( x x) xˆ o H μόνη επιπλέον δύναμη που δρα στο σώμα στο στιγμιότυπο (c) είναι η Fkx, d x d x m kx m kx 0 dt dt Συνεπώς η λύση της θα είναι x Acos( t ), k / m ή x x Acos( t ) o

Φυσικό εκκρεμές 1 Κάθε στερεό που μπορεί να ταλαντώνεται γύρω από οριζόντιο άξονα υπό την επίδραση της βαρύτητας λέγεται φυσικό εκκρεμές O C mg (a) z y x x τ O O θ Για πολύ μικρές γωνίες εκτροπής,, r C mg (b) Στο σχήμα μια τομή του σώματος που περνά από το κέντρο μάζας του C έστω ότι ορίζει το επίπεδο ΥΖ. Στη θέση (a) το σώμα ηρεμεί. Τα Ο και C βρίσκονται στην ίδια κατακόρυφο και έστω OC=d. Στη θέση (b) το σώμα έχει εκτραπεί κατά μικρή γωνία θ. Το βάρος του προκαλεί ροπή rxmg dmgsinx ˆ (1) O ως προς το Ο d d sin () OX OX dt dt

Φυσικό εκκρεμές Από τις (1) και () προκύπτει: I d d mgd dmg OX dt dt IOX Επομένως: 0, 0 mgd I OX I mgd OX Προφανώς, η περίοδος ταλάντωσής του συμπίπτει με αυτήν απλού εκκρεμούς αν το απλό εκκρεμές έχει μήκος L=I OX /md

x Φυσικό εκκρεμές Παράδειγμα 1 1. Δίσκος ακτίνας R και μάζας m καρφώνεται στην περιφέρειά του σε σημείο Ο. Να υπολογίσετε την περίοδό της ταλάντωσής του για μικρές γωνίες εκτροπής και το μήκος του ισοδύναμου απλού εκκρεμούς Z Y R mg O C O θ r C mg d 3 d I mgr 0, mr mgr 0 OX dt dt d g 3 0 g R dt 3R 3R g Το μήκος του ισοδύναμου απλού εκκρεμούς είναι 3R/ r xmg Rmgsin xˆ (1) O d d () OX OX dt dt 1 3 OC R, I I mr mr mr mr OX CX

Φυσικό εκκρεμές Παράδειγμα Λεπτή ράβδος μήκους L και μάζας m καρφώνεται στο άκρο της Α. Να υπολογίσετε την περίοδό της ταλάντωσής της για μικρές γωνίες εκτροπής και το μήκος του ισοδύναμου απλού εκκρεμούς. L C A A x L r xmg mgsin xˆ (1) O θ d d () AX AX C dt dt 1 L 1 AC L /, I I m( AC) ml m ml AX CX 1 4 3 d L 1 d L mg I mg 0, ml mg 0 AX dt 3 dt d 3 g 3 0 g L dt L L 3g Το μήκος του ισοδύναμου απλού εκκρεμούς είναι L/3

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 1 Σώμα μάζας m που κρέμεται από ελατήριο σταθεράς k είναι βυθισμένο μέσα σε υγρό με συντελεστή απόσβεσης b και ισορροπεί. Το σώμα απομακρύνεται από τη θέση ισορροπίας κινώντας το προς τα κάτω και αφήνεται ελεύθερο. Αν η δύναμη απόσβεσης δίνεται από την T b να δοθεί η εξίσωση της κίνησής του. (α) (β) (γ) Στο στιγμιότυπο (β) F1 F1 A B 0 (1) F ( A η άνωση που δέχεται x o A x από το υγρό) A x=0 Επειδή το σώμα ηρεμεί x a T 0, F kxox ˆ 1 B T B x =0 +

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις Στο στιγμιότυπο (γ) το σώμα επιστρέφει προς τη θέση ισορροπίας F AB T m (), F kxxˆ k( x ˆ ˆ ˆ 1 ˆ o x )x kxox kx x F kx x από την () F1 kx xˆ ABb m όμως F1 AB 0 Οπότε dx d x kx xˆ b ma kx xˆ b xˆ m xˆ (3) dt dt dx dx d x d x με x x xo, dt dt dt dt και η (3) γράφεται: dx d x d x dx kx b m m b kx dt dt dt dt και γενικά 0 d x b dx k x 0 (4) dt m dt m

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 3 Για τη λύση της διαφορικής αυτής εξίσωσης χρησιμοποιείται το χαρακτηριστικό πολυώνυμο b k 0 m m b k Η διακρίνουσά του είναι 4 m m 1. Αν Δ<0, δηλαδή η δύναμη απόσβεσης είναι μικρότερη από τη δύναμη επαναφοράς, η λύση της (4) είναι: b t k b m x Ae cos( t ) (5) με (6) m 4m x t

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 4 b t m Η κίνηση είναι φθίνουσα ταλάντωση με πλάτος Ae, εκθετικά μειούμενο με το χρόνο. Οι σταθερές Α και φ προσδιορίζονται από τις αρχικές συνθήκες. Όπως φαίνεται από τη (5), αύξηση του συντελεστή απόσβεσης b οδηγεί σε μείωση της ω, καθώς επίσης και σε μείωση του πλάτους Ae b t m Χρόνος αποκατάστασης τ στη φθίνουσα ταλάντωση είναι ο χρόνος 1 που απαιτείται ώστε το πλάτος να πάρει το της αρχικής τιμής, e δηλαδή: b 1 b m m Ae A 1 (7) e m b

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 5 Αν δίνεται ότι τη χρονική στιγμή t=0 : x=0, υ=υ ο (δηλαδή t=0 όταν το σώμα περνά από τη θέση ισορροπίας), από την (5) προκύπτει: x 0 Acos b b dx b t t m m A e cos( t ) e ( )sin( t ) dt m για t=0 b A cos A( )sin m και με, A Τελικά η (5) γράφεται b b t t m m x e cost x e sin t (8)

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 6 b k. 0 4, δηλαδή η δύναμη απόσβεσης είναι m m συγκρίσιμη με τη δύναμη επαναφοράς Η λύση της διαφορικής εξίσωσης είναι η και η ταλάντωση καλείται κρίσιμη απεριοδική. Το σώμα επανέρχεται στη θέση ισορροπίας στον ελάχιστο χρόνο b k 3. 0 4, δηλαδή η δύναμη απόσβεσης είναι μεγάλη m m σε σύγκριση με τη δύναμη επαναφοράς. b t m ( 1 ) (9) x a a t e

Αποσβεννυμένες Ταλαντώσεις 7 Η λύση της (4) δίνεται από τη σχέση: b t m t t b k x e a 1e ae (10) (11) και η ταλάντωση είναι απεριοδική. 4m m x Αν για t=0: x=x o και υ=0 απεριοδική κρίσιμη απεριοδική t Παράδειγμα ταλάντωσης με υψηλή απόσβεση αποτελούν τα αμορτισέρ των αυτοκινήτων, τα οποία εξασφαλίζουν δύναμη απόσβεσης με υψηλό b, τέτοια ώστε το αυτοκίνητο όταν περνά από κάποια ανωμαλία του δρόμου να μη συνεχίζει να αναπηδά επ αόριστον. Φθορά των αμορτισέρ οδηγεί σε μείωση του b και επομένως μεγαλύτερη διάρκεια αναπήδησης

Παράδειγμα φθίνουσας ταλάντωσης Μάζα m κρέμεται από ελατήριο και ισορροπεί. Σε αυτή προστίθεται μάζα Δm και πάλι το σύστημα ισορροπεί, αφού το ελατήριο επιμηκυνθεί κατά ΔL. Στη συνέχεια αφαιρείται απότομα η μάζα Δm, οπότε το ελατήριο κάνει φθίνουσα αρμονική ταλάντωση, τέτοια ώστε το πλάτος της να ελαττώνεται στο αρχικής του τιμής σε χρόνο τ. Να υπολογιστεί η κυκλική συχνότητα της ταλάντωσης και ο συντελεστής απόσβεσης. Να βρεθεί η εξίσωση της κίνησης της μάζας m. Δίνονται m=0.5kg, g=10m/s, 1 6 s, ΔL=4cm και Δm=0.Kg. 1 e της

Παράδειγμα φθίνουσας ταλάντωσης 1 (α) m F (β) + F F 1 Οι επιπλέον δυνάμεις που ασκούνται στο (β) στιγμιότυπο σε σχέση με το (α) είναι B mg και F1 klxˆ. Στο στιγμιότυπο (β) το m mg ισορροπεί mg kl k 50 N / m L ΔL B m+δm Η εξίσωση κίνησης της m όταν αφαιρεθεί η Δm δίνεται ότι είναι φθίνουσα: B B b t m x Ae cos( t ) (1) b 1 m m Ae A b 6 Kg / s e b k b k 1 8 rad / s m 4m m

Παράδειγμα φθίνουσας ταλάντωσης Η (1) γράφεται: 6 t x Ae cos(8 t ) () Για t=0: x=δl και υ=0 η () γίνεται: L Acos A dx 6 6 6 t Ae cos(8 t ) Ae ( 8)sin(8 t ) dt Για t=0: υ=0 3 0 6Acos A( 8)sin tan 4 1 16 4 cos cos 1 tan 5 5 Επομένως η () παίρνει τη μορφή: L 6t 4 x e cos(8 t ) cos cos 5 6t 4 x 0.05e cos(8 t ) cos 5 L cos

Εξαναγκασμένη ταλάντωση Όταν σε ένα σύστημα που ταλαντώνεται δράσει μια εξωτερική περιοδική δύναμη F=F o cosωt, η διαφορική εξίσωση παίρνει τη μορφή: dx d x d x dx F cos ή o t b kx m m b kx F cos o t dt dt dt dt Η λύση της είναι: b t m x x e sin t Asin( t ) o α όρος β όρος Ο α όρος φθίνει εκθετικά με το χρόνο, δηλαδή είναι ένα πρόσκαιρο φαινόμενο και τελικά το σύστημα κάνει ταλάντωση με τη συχνότητα ω της εξωτερικής δύναμης F=F o cosωt x=asin(ωt+φ)

Εξαναγκασμένη ταλάντωση 1 Το πλάτος αυτής της ταλάντωσης βρίσκεται ότι δίνεται από τη σχέση F o k m( ) A (1) tan m ( ) b m b Το Α γίνεται μέγιστο όταν m ( ) b min ή b δηλαδή για 1 (14) m Αυξανομένου του b, το ω 1 μειώνεται. Με ω=ω 1 η (1) γράφεται F o Amax b b 4m Όταν μειώνεται το b το πλάτος Α max αυξάνεται d m ( ) b 0 (13) dt

Εξαναγκασμένη ταλάντωση Παρακάτω δίνεται η γραφική παράσταση του πλάτους Α της εξαναγκασμένης ταλάντωσης σε συνάρτηση με το ω της εφαρμοζόμενης εξωτερικά δύναμης, για b=0 και b 1 <b. Όλες οι καμπύλες ξεκινούν από το Fo Fo Fo k για 0: A για 4 m m b 0: A k 1 max Όταν η συχνότητα της εφαρμοζόμενης δύναμης είναι ίση με την F o A b=0 b 1 οπότε το πλάτος Α m γίνεται μέγιστο, έχουμε συντονισμό πλάτους F o k 0 b 1 ω ω 1 ω ο b >b 1 ω

Παραδείγματα συντονισμού 1. Αν το βάδισμα στρατιωτικού τμήματος πάνω σε γέφυρα γίνει με συχνότητα πλησίον της ιδιοσυχνότητας της γέφυρας μπορούν να δημιουργηθούν επικίνδυνα μεγάλες ταλαντώσεις.. Αν οι δονήσεις από τις μηχανές ενός αεροπλάνου μπορούσαν να έχουν συχνότητα πλησίον της ιδιοσυχνότητας των φτερών του θα αναπτύσσονταν επικίνδυνα μεγάλες ταλαντώσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν ακόμα και σε αποκόλλησή τους. 3. Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα RLC το ρόλο της απόσβεσης παίζει η αντίσταση R. Για την επιλογή ορισμένου ραδιοφωνικού σταθμού, ώστε να μην ακούγονται οι γειτονικοί του, απαιτείται οξύς συντονισμός κι επομένως μικρή R. 4. Στην μουσική αντίθετα δεν είναι επιθυμητό να χάνονται πληροφορίες από το σήμα που φτάνει στα ηχεία. Επομένως ο συντονισμός δεν πρέπει να είναι υπερβολικά οξύς οπότε η απαιτούμενη απόσβεση δεν πρέπει να είναι ιδιαίτερα χαμηλή.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Φυσική Halliday-Resnick-Krane 4 η έκδοση Τόμος 1 Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς Serway: απόδοση στα ελληνικά Λεωνίδα Κ. Ρεσβάνη, τόμος I Μηχανική 3 η έκδοση Θεμελιώδης Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική και Θερμοδυναμική, Alonso/Finn η έκδοση Τόμος 1 Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική- Θερμοδυναμική, H. D. Young Τόμος Α Physics, Foundations and Applications" Robert M. Eisberg, Lawrence S. Lerner, combined volume, McGraw-Hill, Inc. Φυσική τόμος 1 Μηχανική, Berkeley

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Αικατερίνη Πομόνη. «Μηχανική- Ρευστομηχανική. Ενότητα 9». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/phy1901/

Τέλος Ενότητας