Kap. 14 Mekaniske svingninger. 14. Mekaniske svingninger. Vi skal se på: Udempet harmonisk svingning. kap

Like dokumenter
Kap. 14 Mekaniske svingninger

Kap. 14 Mekaniske svingninger. 14. Mekaniske svingninger

Kap. 14 Mekaniske svingninger

Kap. 14 Mekaniske svingninger

Arbeid og energi. Energibevaring.

Flervalgsoppgave. Arbeid og energi. Energibevaring. Kollisjoner REP Konstant-akselerasjonslikninger. Vi har sett på:

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

Kap. 3 Arbeid og energi. Energibevaring.

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

Arbeid og energi. Energibevaring.

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

EKSAMEN I FY1001 og TFY4145 MEKANISK FYSIKK

Løsningsforslag til øving 1

Obligatorisk oppgave nr 1 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

Mandag Mange senere emner i studiet bygger på kunnskap i bølgefysikk. Eksempler: Optikk, Kvantefysikk, Faststoff-fysikk etc. etc.

Pendler, differensialligninger og resonansfenomen

Forelesning, TMA4110 Torsdag 11/9

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

Oppsummert: Kap 1: Størrelser og enheter

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK Eksamensdato: Torsdag 11. desember 2008 Eksamenstid: 09:00-13:00

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

Eksamensoppgave i TFY4115 FYSIKK

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Denne ligninga beskriver en udempet harmonisk oscillator. Torsjons-svingning. En stav er festet midt på en tråd som er festet i begge ender.

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mg sin β, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

EKSAMEN i TFY4108 FYSIKK

EKSAMENSOPPGAVE. Fagnr: FO 443A Dato: Antall oppgaver:

Eksamensoppgave i TFY4115 FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving 6

FY1002/TFY4160 Bølgefysikk. Løsningsforslag til Midtsemesterprøve fredag 15. oktober 2010 kl Oppgavene og et kortfattet løsningsforslag:

FYS2130. Tillegg til kapittel 13. Harmonisk oscillator. Løsning med komplekse tall

EKSAMEN I TFY4145 MEKANISK FYSIKK OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

Kap. 6+7 Arbeid og energi. Energibevaring.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

Mekaniske svingesystemer. Institutt for fysikk, NTNU

Løsningsforslag, eksamen FY desember 2017

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

EKSAMEN I FAG SIF4002 FYSIKK. Mandag 5. mai 2003 Tid: Sensur uke 23.

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FYSMEK1110 Eksamensverksted 31. Mai 2017 (basert på eksamen 2004, 2013, 2014, 2015,)

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

TFY4109 Fysikk Eksamen 9. august Løsningsforslag

TFY4108 Fysikk: Løysing ordinær eksamen 11. des. 2014

TFY4109 Fysikk Eksamen 14. desember 2015 Side 13 av 22

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. desember Løsningsforslag. 1) m = ρv = ρ 4πr 2 t = π g 24g. C

MEK4510 Svingninger i konstruksjoner

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Eksamensoppgave i TFY4145 MEKANISK FYSIKK FY1001 MEKANISK FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mgsinβ, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 8. desember 2006 kl 09:00 13:00

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Fredag 13.des 2013 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Administrasjonsbygget: Aud.

Løsningsforslag til ukeoppgave 4

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

Kap Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap 4+5 <file> Hvor er luftmotstanden F f størst?

Eksamensoppgåve i TFY4108 Fysikk

MEKANISK FYSIKK INKL SVINGNINGER. Newtons andre lov: F = dp/dt p = mv = mṙ. Konstant akselerasjon: v = v 0 + at x = x 0 + v 0 t at2

Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. Kap. 4+5: Newtons lover. kap Hvor er luftmotstanden F f størst? F f lik i begge!!

TMA4115 Matematikk 3 Vår 2012

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Onsdag 26.feb 2014 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Aud max.

Vektorstørrelser (har størrelse og retning):

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

UNIVERSITETET I OSLO

differensiallikninger-oppsummering

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS119 VÅR 2017

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Fysikk 2 Lørdag 8. august 2005

Kap. 4+5: Newtons lover. Newtons 3.lov. Kraft og motkraft. kap Hvor er luftmotstanden F f størst?

Onsdag isolator => I=0

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen må trekke med kraft S k

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

Bachelor i idrettsvitenskap med spesialisering i idrettsbiologi 2014/2016. Utsatt individuell skriftlig eksamen. IBI 240- Basal biomekanikk

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Løsningsforslag til ukeoppgave 2

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

Øving 2: Krefter. Newtons lover. Dreiemoment.

FY0001 Brukerkurs i fysikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

kap14 1.11.1 Kap. 14 Mekaniske svingninger Mye svingning i dagliglivet: Pendler Musikkinstrument Elektriske og magnetiske svingninger Klokker Termiske vibrasjoner (= temperatur) Måner og planeter Historien og økonomien m.m. Farlige svingninger: 14. Mekaniske svingninger Vi skal se på: 14.1-6. Udempet harmonisk svingning x(t) = cos (ω t + φ) 14.7. Dempet svingning x(t) = e -γt cos (ω d t + φ) 14.8. Tvungen svingning (resonans) Eksempler: Fjærpendel Matematisk pendel Fysisk pendel Y & F: Kap. 14 (mer enn pensum) H & S: Kap 6 (litt kortfattet) Harmonisk oscillasjon (SHM = Simple Harmonic Motion) Eks: Masse-fjær-pendel (friksjonsfri) Fjærkrefter: F x = - k Δx Newton gir: d /dt x + k/m x = (14.4) Newton gir: d /dt x +ω x = (14.4) der ω = k/m (14.1) løsning: x(t) = cos (ω t + φ) (14.13) m m F x 1

kap14 1.11.1 Posisjon x(t) = cos (ω t + φ) (14.13) φ = fasevinkel, (= i grafen) I romfartøy: Tyngden mangler. Måling av masse ved SHM: Hastighet v(t) = dx/dt = - ω sin (ω t + φ) (14.15) m = k / ω Kjent k Måler ω kselerasjon a(t) = dv/dt = - ω cos (ω t + φ) = -ω x (Fjærpendel: ω = k/m ) (14.16) Letter på toppen eller like før Posisjon x Fra en eksamen (Fysmat des. 9) (flervalgsoppgave) Ei pakke vaskemiddel står oppå en vaskemaskin som er i ferd med å sentrifugere på 1 omdreininger per minutt. Vaskemaskinen vibrerer dermed vertikalt med en amplitude på 1, mm. Vil vaskemiddelpakka på noe tidspunkt miste kontakten med underlaget? Hvorfor, evt. hvorfor ikke? Letter! ksel oppover ksel nedover kselerasjon Letter når a g = 9,81 m/s. Ja, fordi vaskemaskinens maksimale akselerasjon overstiger 9,8 m/s. B. Ja, fordi vaskemaskinens maksimale hastighet overstiger 9,8 m/s. Mulige svar C. Nei, fordi vaskemaskinens maksimale akselerasjon aldri overstiger 9,8 m/s. D. Nei, fordi vaskemaskinens maksimale hastighet aldri overstiger 9,8 m/s. E. Nei, fordi vaskemaskinens maksimale vertikale utsving aldri overstiger 9,8 mm. SHM: ω = πf = π 1/6 1/s = 4π 1/s x = cos(ωt) => a = d x/dt = - ω cos(ωt) a max = ω = (4π), m = 15,8 m/s > g => lt.

kap14 1.11.1 Fra eksamen (Fysmat des. 3) Horisontal svingning. Oppgave 4 En pakke med masse m er plassert på en horisontal plattform som svinger harmonisk langs bakken med periode T. Friksjonskoeffisienten mellom pakken og plattformen er μ og tyngdens akselerasjon er g. Svingeamplituden økes nå langsomt (med konstant T). Ved hvilken amplitude begynner pakken å skli? (Forsøk med en mynt på et papirark.) Friksjonsbegrenset Matematisk pendel (14.5 Simple pendulum) ω = g/l T = π/ω Pakken akselereres av friksjonskrafta som er max F f = μmg, dvs. dens maksimale akselerasjon den kan følge er a max = F f /m = μg. Underlagets akselerasjon er a = - ω cos(ωt), dvs. amplitudeverdi ω = (π/t) Sammenholdt: μg = (π/t) => = ω = μg (T/ π) (Y&F Fig. 14.1b) Feil ved f.eks. 3 O : sin 3 O = sin π/6 =,5 π/6 =,54 sin θ = θ feil med 5 % Matematisk pendel T = π (L/g) Periode ved store vinkelamplituder Φ : (14.35) (Φ θ) 1 o o 3 o 4 o 5 o (Y&F Fig. 14.) 3

kap14 1.11.1 14.7. Dempet svingning Svingelikning: d /dt x + γ d/dt x + ω x = (14.41) 14.8. Tvungne svingninger. Resonans Svingelikning: d /dt x + γ d/dtx+ ω x = f cos ωt bx kx F cos ωt γ << ω svak dempet: x(t) = e γt cos(ω d t + φ) ω d = ω - γ (14.43) γ = ω kritisk dempet: x(t) = ( 1 +t ) e γt γ > ω overkritisk dempet: xt () = e + e α =γ+ γ ω α =γ γ ω α 1t αt 1 1 Fra: www.mwit.ac.th/~physicslab/hbase/oscda.html Etter kort tid bestemmer pådraget frekvensen: x(t) = cos(ω t - δ) mplitude og fase δ bestemmes av ω og γ: f = (14.46) ω ) + ( γω ) γω tan δ= ω ω Resonans (stor ) når ω = ω = ω ) + ( γω ) f i log-log-plot med ζ = γ/ω = 1/ (svært svak demping) ) () ω /ω Tacoma Narrows Bridge on the morning of Nov. 7, 194. The bridge was an unusually light design, and, as engineers discovered, peculiarly sensitive to high winds. Rather than resist them, as most bridges do, the Tacoma Narrows tended to sway and vibrate. On November 7, in a 4-mile-per-hour wind, the center span began to sway, then twist. The combined force of the winds and internal stress was too great for the bridge, and it self-destructed. No one was killed, as the bridge had been closed because of previous swaying. This is one of the best-known and most closely studied engineering failures, thanks in large part to the film and photographs that recorded the collapse. Full video: http://www.youtube.com/watch?v=j-zczjxsxnw 4

kap14 1.11.1 14. Mekaniske svingninger. Oppsummering 1 14. Mekaniske svingninger. Oppsummering Udempet harmonisk oscillasjon (SHM) Kriterium SHM: Krafta som trekker mot likevekt er prop. med avstand x (eks. F = - kx ) Dette gir fra Newton : d /dt x +ω x = med løsning: x(t) = cos (ω t + φ) masse/fjær: ω = k/m tyngependel (matematisk): ω = g/l fysisk pendel: ω = mgl/i (seinere) Dempet harmonisk oscillasjon d /dt x + γ d/dt x + ω x = med løsning: x(t) = e -γt cos (ω d t + φ) (svak dempning γ < ω ) ω d = ω - γ Tvungen svingning (resonans) d /dt x + γ d/dt x + ω x = F /m cos ωt med løsning x(t) = cos(ω t - δ) F / m ) = () ω ) + ( γω ) γω tan δ= ω ω Resonans (stor ) når ω = ω Mer om energi seinere: Totalenergien E tot = E k (t) + E p (t) er konstant og svinger mellom E k (t) og E p (t) E p (t) prop. med x for alle svingninger Fjærpendel: E p (t)= ½ k x ω /ω 5