ĆWICZENIE 7 WYZNACZANIE LOGARYTMICZNEGO DEKREMENTU TŁUMIENIA ORAZ WSPÓŁCZYNNIKA OPORU OŚRODKA. Wprowadzenie

Podobne dokumenty
WYKŁAD FIZYKAIIIB 2000 Drgania tłumione

C d u. Po podstawieniu prądu z pierwszego równania do równania drugiego i uporządkowaniu składników lewej strony uzyskuje się:

ψ przedstawia zależność

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

( 3 ) Kondensator o pojemności C naładowany do różnicy potencjałów U posiada ładunek: q = C U. ( 4 ) Eliminując U z równania (3) i (4) otrzymamy: =

DYNAMIKA KONSTRUKCJI

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

BADANIE DRGAŃ TŁUMIONYCH WAHADŁA FIZYCZNEGO

Równania różniczkowe. Lista nr 2. Literatura: N.M. Matwiejew, Metody całkowania równań różniczkowych zwyczajnych.

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego (Katera)

Opis ćwiczenia. Cel ćwiczenia Poznanie budowy i zrozumienie istoty pomiaru przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Henry ego Katera.

Zasada pędu i popędu, krętu i pokrętu, energii i pracy oraz d Alemberta bryły w ruchu postępowym, obrotowym i płaskim

Ruch płaski. Bryła w ruchu płaskim. (płaszczyzna kierująca) Punkty bryły o jednakowych prędkościach i przyspieszeniach. Prof.

Drgania wymuszone - wahadło Pohla

ver b drgania harmoniczne

drgania h armoniczne harmoniczne

Wykład FIZYKA I. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska

2.1 Zagadnienie Cauchy ego dla równania jednorodnego. = f(x, t) dla x R, t > 0, (2.1)

Wykład FIZYKA I. 10. Ruch drgający tłumiony i wymuszony. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

ĆWICZENIE 4 Badanie stanów nieustalonych w obwodach RL, RC i RLC przy wymuszeniu stałym

Wykład FIZYKA I. 2. Kinematyka punktu materialnego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Lista nr Znaleźć rozwiązania ogólne następujących równań różniczkowych: a) y = y t,

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Dynamiczne formy pełzania i relaksacji (odprężenia) górotworu

Ć W I C Z E N I E N R M-2

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

PRACOWNIA FIZYCZNA DLA UCZNIÓW WAHADŁA SPRZĘŻONE

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

Wykład z modelowania matematycznego. Przykłady modelowania w mechanice i elektrotechnice.

Wojewódzki Konkurs Matematyczny dla uczniów gimnazjów. Etap szkolny 5 listopada 2013 Czas 90 minut

m Jeżeli do końca naciągniętej (ściśniętej) sprężyny przymocujemy ciało o masie m., to będzie na nie działała siła (III zasada dynamiki):

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

PRACOWNIA FIZYCZNA I

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Całka nieoznaczona Andrzej Musielak Str 1. Całka nieoznaczona

Drgania elektromagnetyczne obwodu LCR

y 1 y 2 = f 2 (t, y 1, y 2,..., y n )... y n = f n (t, y 1, y 2,..., y n ) f 1 (t, y 1, y 2,..., y n ) y = f(t, y),, f(t, y) =

Wyznaczanie prędkości lotu pocisku na podstawie badania ruchu wahadła balistycznego

WAHADŁO SPRĘŻYNOWE. POMIAR POLA ELIPSY ENERGII.

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

E5. KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO

Przemieszczeniem ciała nazywamy zmianę jego położenia

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁOW NAPIĘCIOWYCH METODĄ PRÓKOWANIA I CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

Podstawowe wyidealizowane elementy obwodu elektrycznego Rezystor ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( τ ) i t i t u ( ) u t u t i ( ) i t. dowolny.

DRGANIA OSCYLATOR HARMONICZNY

F = e(v B) (2) F = evb (3)

Ćwiczenie nr 2: ZaleŜność okresu drgań wahadła od amplitudy

Ruch drgający i falowy

a, F Włodzimierz Wolczyński sin wychylenie cos cos prędkość sin sin przyspieszenie sin sin siła współczynnik sprężystości energia potencjalna

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

lim Np. lim jest wyrażeniem typu /, a

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

Wykład 6 Drgania. Siła harmoniczna

1. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie. drgań. kilkukrotnie sprawdzając z jaką niepewnością statystyczną możemy mieć do czynienia. pomiarze.

Elementy rachunku różniczkowego i całkowego

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

cx siła z jaką element tłumiący działa na to ciało.

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Krzywe na płaszczyźnie.

Wyznaczanie współczynnika sztywności sprężyny. Ćwiczenie nr 3

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Funkcje dwóch zmiennych

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

KONSPEKT ZAJĘĆ EDUKACYJNYCH

Równania różniczkowe zwyczajne

Drgania - zadanka. (b) wyznacz maksymalne położenie, prędkość i przyspieszenie ciała,

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

I. KINEMATYKA I DYNAMIKA

Pobieranie próby. Rozkład χ 2

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Prawa ruchu: dynamika

LABORATORIUM Z FIZYKI

ĆWICZENIE 2. BADANIE WAHADEŁ SPRZĘŻONYCH.

Praca domowa nr 1. Metodologia Fizyki. Grupa 1. Szacowanie wartości wielkości fizycznych Zad Stoisz na brzegu oceanu, pogoda jest idealna,

PROGNOZOWANIE I SYMULACJE. mgr Żaneta Pruska. Ćwiczenia 2 Zadanie 1

dr inż. Paweł Szeptyński materiały pomocnicze do przedmiotu MECHANIKA TEORETYCZNA DYNAMIKA - ZADANIA

Podstawy elektrotechniki

Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

Podstawy fizyki wykład 7

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

Ć W I C Z E N I E N R E-15

Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do rachunku błędów pomiarowych

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Transkrypt:

ĆWICZENIE 7 WYZNACZIE LOGARYTMICZNEGO DEKREMENTU TŁUMIENIA ORAZ WSPÓŁCZYNNIKA OPORU OŚRODKA Wprowadzenie Ciało drgające w rzeczywisym ośrodku z upływem czasu zmniejsza ampliudę drgań maleje energia mechaniczna poruszającego się ciała zamieniając się w energię wewnęrzną ośrodka w kórym porusza się ciało oraz w energię wewnęrzną ciała poruszającego się Sray energeyczne zależą od rodzaju ośrodka oraz od kszału ciała uczesniczącego w ruchu Ciało w ośrodku rzeczywisym porusza się ruchem drgającym nieswobodnym Doznaje zaem oporów ruchu Siła oporu ośrodka zależy od prędkości poruszającego się ciała Dla małych prędkości możemy uważać że siła oporu F ~ V w posaci równania F - b V gdzie: b - jes współczynnikiem oporu zależnym od kszałów ciała i rodzaju ośrodka Znak minus oznacza że siła oporu jes zawsze przeciwna względem wekora prędkości Warość liczbowa b równa jes sile działającej na ciało poruszające się z jednoskową prędkością Różniczkowe równanie ruchu ciała drgającego w ośrodku sawiającym opór możemy zapisać w posaci m d x b dx kx d d dx V gdzie: d Po uporządkowaniu d x b dx d + k m d + m x b Oznaczając m k oraz m ω orzymamy równanie: d x dx + + ω x d d /1/ Jes o jednorodne różniczkowe równanie drugiego rzędu o sałych współczynnikach Charaker rozwiązania ego równania zależy od warości współczynnika Przypuśćmy że całką szczególną równania jes wyrażenie x e α // Aby wyznaczyć współczynnik α należy całkę // po zróżniczkowaniu odpowiednio podsawić do równania /1/ Orzymamy wówczas: Ćwiczenie 7 1

Sąd ławo zauważyć że α α α α e + αe + ω e α + α + ω /3/ jes równaniem charakerysycznym Jeżeli wyróżnik równania charakerysycznego jes większy od zera wówczas mamy do czynienia z ruchem aperiodycznym Rozwiązanie ogólne α 1 x Ae α + Be gdzie: α + + ω 1 i α ω + ω ω x e ( Ae + Be ) /4/ Sałe A i B wyznaczamy z warunków począkowych np: dla żądamy aby: x i V V /5/ Zauważmy że V dx d zaem V e Ae + Be + e A e B ω ω ω ω ω ω e Nakładając warunki /5/ w równaniach /4/ i powyższym orzymujemy układ równań algebraicznych: A + B ( A + B) + ω ( A B) V kóre rozwiązujemy względem sałych A i B Po prosych przekszałceniach dosajemy: 1 V 1 V A B ω i ω Osaecznie kinemayczne równanie ruchu /4/ da się zapisać w posaci 1 V x e ( e e ) ω ω ω /7/ V x e sinh( ω ) ω Jeżeli wyróżnik równania /3/ jes mniejszy od zera zn ω o i ω możemy zapisać gdzie ω a i jes jednoską urojoną i 1 Przyjmując że w chwili począkowej ciało znajdowało się w położeniu równowagi i poruszało się z prędkością V (co odpowiada warunkom Ćwiczenie 7

/5/) rozwiązanie równania /1/ orzymujemy w posaci /7/ dokonując w nim podsawień ω i ω Zaem 1 V x e ( e e ) i i ω ω i ω po wykorzysaniu wzoru Eulera V x e sin( ω ) ω /8/ Jeżeli wyróżnik równania /3/ wówczas rozwiązanie możemy zapisać w posaci α x e ( A + B ) /9/ gdzie: α - dx V e ( A + B ) + B e Obliczając d oraz nakładając warunki /5/ orzymamy układ równań algebraicznych względem sałych A B : A B V Co pozwala zapisać rozwiązanie /9/ w posaci x V e /1/ Rozwiązanie /1/ odpowiada zw przypadkowi granicznemu kiedy o ciało wykonuje wychylenie z kórego powró do sanu równowagi zmienia się w zależności od czasu jak funkcja wykładnicza Najbardziej ineresującym nas przypadkiem jes przypadek opisany rozwiązaniem /8/ Odpowiada on drganiom periodycznym o malejącej wykładniczo ampliudzie V A e ω /11/ A A e Szybkość zaniku drgań zależy od warości współczynnika Wykres wychylenia w funkcji czasu (parz równanie 9) przedsawia rysunek poniżej Ćwiczenie 7 3

Niech A N i A N+1 oznaczają kolejno po sobie nasające ampliudy wyrażające się odpowiednio wzorami: Ae i ( + T ) + 1 Ae gdzie: T - okres drgań T e ln A N T D o + 1 i + 1 gdzie: D - nazywamy dekremenem łumienia Współczynnik łumienia obliczamy ze wzoru D T ale b m ; md b sąd T /1/ Logarymiczny dekremen łumienia obliczyć można z dwóch dowolnych lecz ściśle określonych w czasie ampliud np ampliudy A N i A N+k gdzie k jes liczbą nauralną związaną z czasem obserwacji i okresem drgań T wzorem kt l k 1 A l k 1 N + l + l kd ln ln Π ln l A l N + l + 1 + l + 1 + k W en sposób 1 D ln k + k /13/ Opis urządzenia pomiarowego Urządzenie pomiarowe składa się z wahadła grawiacyjnego z wymiennymi obciążnikami (ze wskazówką) zawieszonymi na dwóch długich słabo rozciągliwych nikach Podczas wahań wskazówka obciążnika przesuwa się na le regulowanej skali milimerowej Płaszczyzna drgań jes prosopadła do odpowiedniej płaszczyzny przekroju obciążnika Wychylenie wahadła na le skali obserwujemy przy pomocy soczewki dyfrakcyjnej Ćwiczenie 7 4

Przebieg pomiarów 1 Wahadło wprawiamy w drgania ściśle płaskie po uprzednim swierdzeniu że punk równowagi wahadła pokrywa się z zerem skali milimerowej Odczyujemy na podziałce (z ej samej srony położenia równowagi) kolejne ampliudy wykonując kilkanaście odczyów Pomiary powarzamy zaczynając zawsze od ej samej ampliudy począkowej 3 Sporządzamy wykres krzywej łumienia A N f 1 () odkładając na osiach układu ampliudę mierzoną w mm a czas w okresach 4 Sporządzamy wykres jak w punkcie 3 funkcji ln A N f () 5 Obliczamy logarymiczny dekremen łumienia Porzebne ampliudy odczyujemy z krzywej łumienia w różnych jej miejscach Obliczamy warość średnią logarymicznego dekremenu łumienia 6 Wyznaczamy średni okres drgań wahadła mierząc kilkakronie czas rwania n drgań (Liczbę n poda prowadzący zajęcia np n1) 7 Wyznaczamy masę wahadła na wadze laboraoryjnej 8 Obliczamy współczynnik oporu ze wzoru /1/ 9 Powarzamy pomiary dla wahadeł o innych kszałach 1Przeprowadzamy ocenę błędów 11Wyciągamy wnioski Ocena błędów 1 Błąd maksymalny przy pomiarze ampliudy określamy biorąc pod uwagę najmniejszą podziałkę skali oraz rozrzu punków pomiarowych na płaszczyźnie A Przy oszacowywaniu maksymalnego błędu pomiaru dekremenu korzysamy z meody różniczki zupełnej wykorzysując wzór /13/ 1 + A N + k D k + k 3 Błąd pomiaru okresu określamy z błędu pomiaru czasu obserwacji ( nt ) T n gdzie: n - liczba zaobserwowanych drgań ( nt ) - błąd zależny od najmniejszej działki sopera oraz przyjęego błędu reakcji uruchomienia i zarzymania sopera 4 Maksymalny błąd pomiaru współczynnika łumienia obliczamy meodą różniczkowania logarymicznego D T m b b + + D T m Ćwiczenie 7 5