Fizica Studiul pendulelor
-
Upload
neculae-liviu-cristian -
Category
Documents
-
view
215 -
download
0
description
Transcript of Fizica Studiul pendulelor
Pendulul
1Curs de Fizic Conf. univ.dr. Vasile Mrza
Studiul pendulelor.
Se numete pendul orice corp care poate oscila n raport cu poziia sa de echilibru. Dup fora care l pune n oscilaie distingem
Pendulul elastic la care fora care l pune n oscilaie este fora elastic, pendulul gravitational, la care fora care l pune n oscilaie este componenta tangenial a forei de greutate.
Pentru pendulul elastic perioada de oscilaie se determin cu ajutorul relaiei (4)
din care
Pendulul gravitaional poate fi simplu sau fizic.Pendulul simplu: un punct material ce poate oscila de o parte i de alta a unei poziii de echilibru.
Orice corp care poate oscila in jurul unei poziii de echilibru este un pendul fizic.
Pendulul gravitational: (simplu) oscileaz sub actiunea componentei tangeniale gravitaionale.
F = Gt (15)
ma = - mg sin( pt. ( mic (30 - 50)
sin((( dar a= i deci
aceast ecuaie conine i elemente liniare a i elemente unghiulare ( , se mai . poate scrie :
(16) Se ine cont ca dac ( este spaiul unghiular, acceleraia unghiular va fi iar legtura ntre acceleraia liniar i cea unghiular este = unde este lungimea pendulului.
{nlocuind n (16) ultima egalitate se obine
EMBED Equation.2 + g(=0 care mprit la duce la relaia:
+ (=0 (17)
Aceast ecuaie seamna cu ecuaia diferenial a micrii oscilatorii armonice n care n loc de este iar n loc de x este (. Asemnarea ar fi i mai bun dac se nlocuete raportul cu (2 adic
EMBED Equation.2 = (18)
sau T= 2( (19)
Ecuaia (19) este ecuaia pendulului gravitaional simplu.Pentru formula perioadei de oscilaie a pendului fizic trebuiesc cunotinte de rotaia rigidului.
Micarea oscilatorie amortizat
Oscilaiile amortizate sunt oscilaiile reale n care asupra masei oscilante acioneaza i fora de frecare, mai ales fora de frecare cu mediul n care se afla corpul.
F = Fe + Fr (20)
Fr fora de frecare
Fe fora elasticFr = -rv cu r factor de rezisten ,
v este viteza ,
iarF este fora rezultant.
Cu aceste notaii relaia (20)devine
(21)
{mprim acest relaie la masa corpului, i notm :
(22)
n care ( se numete factor de amortizare, iar raportul ,
deci ecuaia (21) devine:
(23)
Ecuaia (23) reprezinta ecuaia diferenial a micrii oscilatorii amortizate.Tot la cursul de matematici se va arta c rezolvarea acestei ecuaii se va face astfel: vom face o schimbare de variabil i anume x = Ze-(t (24)
Z fiind noua variabil, iar e= 2.718281828459 este baza logaritmilor naturali, iar t este timpul.
Se introduce noua variabil n ecuaia (23), dar pentru aceasta trebuie mai nti s derivm ecuaia (24), n raport cu timpul, derivata de prim ordin, apoi derivata de ordin doi conform regulilor de derivare:
e-(t - (25)
(26)
Se nlocuiesc relaiile (25) i (26) n ecuaia (23) care devine dup gruparea termenilor i simplificarea cu ,() i obinem :
(27)
Dac n ecuaia (27) se nlocuiete n care
, ( se numete pseudo pulsaie iar T se numete pseudo perioad, adic intervalul minim de timp dup care una dim mrimile ce caracterizeaz acast micare oscilatorie, trece a doua oar succesiv prin aproape aceleai valori n acelai sens.
ecuaia (27), seamn cu ecuaia diferenial a micrii oscilatorii armonice, a crei soluie este dat de ecuaia :
Z=A sin (28)
Revenim la relaia x = Ze-(t (24), n care introducem (28) i obinem:
(29)
notm Ae-(t = Xmax i deci:
x = Xm sin((t + (). (30)
Din ecuaia (30) se vede c elongaia n micare oscilatorie amortizat nu mai este constant n timp, ci variaz, mai precis scade exponenial cu timpul.
reprezentarea variaiei elongaiei cu timpul
n cadrul micrii oscilatorii amortizare.
Din figura de mai sus se vede c dup un anumit timp t1 numit timp de amortizare oscilaia nceteaz.
Distingem dou cazuri particulare :
-dac t1 >T oscilaiile obinute vor fi relativ slab amortizate durnd un anumit timp finit pn la stingerea lor complet;
-dac t1( T oscilaiile obinute vor fi puternic amortizate fiind neperiodice (aperiodice) i se vor stinge imediat.
Gradul de amortizare al oscilaiei este caracterizat de decrementul logaritmic ( dat de relaia:
deci
(31)
Relaia (31) arat c decrementul logaritmic este cu att mai mare cu ct r factorul de rezisten este mai mare sau cu ct masa m a oscilatorului este mai mic.
EMBED Word.Picture.8
PAGE 21
_1379686123.unknown
_1379686266.unknown
_1379686299.unknown
_1379686458.unknown
_1379686459.unknown
_1379686343.unknown
_1379686457.unknown
_1379686348.unknown
_1379686304.unknown
_1379686281.unknown
_1379686290.unknown
_1379686274.unknown
_1379686177.unknown
_1379686232.unknown
_1379686258.unknown
_1379686229.unknown
_1379686165.unknown
_1379686172.unknown
_1379686154.unknown
_1379685995.unknown
_1379686069.unknown
_1379686110.unknown
_1379686116.unknown
_1379686091.unknown
_1379686012.unknown
_1379686022.unknown
_1379685998.unknown
_1379685912.unknown
_1379685943.unknown
_1379685987.unknown
_1379685919.unknown
_1379685849.unknown
_1379685894.unknown
_1033227500.unknown
_1033230825.unknown
_1065427389.doc
_1033227533.unknown
_1033227148.unknown