5 svar
344 visningar
naytte behöver inte mer hjälp
naytte Online 7703 – Moderator
Postad: 13 maj 2025 13:16 Redigerad: 13 maj 2025 13:17

Bestämma konstant c för luftmotstånd "som i boken" för matematisk pendel

Halloj!

Jag håller på att skriva en laborationsrapport på en labb om en matematisk pendel. Vi hade ett kamerasystem som höll reda på pendelns position inom ett av mjukvaran definierat koordinatsystem xyzxyz

Enligt instruktioner har jag precis anpassat en funktion:

θ(t)=θ0e-ζωtsin(ωt+δ)\displaystyle \theta(t)=\theta_0e^{-\zeta\omega t}\sin(\omega t+\delta)

till utslagsvinkeln vid varje mätpunkt i en mätning. Nu står det däremot att jag ska göra följande:

I kapitel 6.4b i boken har de däremot en harmonisk oscillator som modellsystem. Detta rör sig naturligtvis endast i en dimension med hastighet v=x˙v=\dot x. De inför en fjäderkraft -kx-kx samt en dämpande kraft -cx˙-c\dot x, och definierar sedan:

ζ=c2km\displaystyle\zeta = \frac{c}{2\sqrt{km}}

Vårt system är ju dock en pendel och har alltså dels flera dimensioner för rörelse och dels ingen fjäderkonstant. Jag förstår inte hur jag ska räkna om vår dämpningskonstant ζ\zeta på samma sätt som i boken. Jag antar att man kan försöka "översätta" vårt system till en harmonisk oscillator på något sätt men jag förstår inte hur.

Jag har gjort en liten skiss nedan:

Jag tänker att man borde kunna tillämpa Newton II här och säga att:

-mgsinθ-cx˙2+z˙2=mx2+z2\displaystyle -mg\sin\theta- c\sqrt{\dot{x}^2 + \dot{z}^2} = m\sqrt{{\ddot{x}}^2 + {\ddot{z}}^2}

Men detta är nog inte vad de frågar efter.

Pieter Kuiper 9458 – Avstängd
Postad: 13 maj 2025 13:25 Redigerad: 13 maj 2025 13:25
naytte skrev:

Vårt system är ju dock en pendel och har alltså dels flera dimensioner för rörelse

Endast vinkeln θ. 

Och så länge θ är liten är det i god approximation en harmonisk oscillator med ω=g/\omega = \sqrt{g/\ell}.

naytte Online 7703 – Moderator
Postad: 13 maj 2025 13:28 Redigerad: 13 maj 2025 13:29

Nu hänger jag inte med. Kan man alltså tänka att systemet är en harmonisk oscillator? Jag kanske har missuppfattat vad en harmonisk oscillator är men en sådan rör väl sig endast i en dimension? I alla fall har alla exempel jag har sett gjort detta...

Pieter Kuiper 9458 – Avstängd
Postad: 13 maj 2025 13:35 Redigerad: 13 maj 2025 13:42
naytte skrev:

I alla fall har alla exempel jag har sett  

Har du sett stämgaffel, gitarrsträng, luftkolumn i orgelpipa, metalltunga, osv, osv?

Och LC-kretsar.

naytte Online 7703 – Moderator
Postad: 13 maj 2025 13:37 Redigerad: 13 maj 2025 13:39

Givetvis, men jag visste inte att dessa klassades som harmoniska oscillatorer.

Hur som helst kan man alltså utgå ifrån:

ω=gl\displaystyle \omega = \sqrt{\frac{g}{l}}

Finns det något annat ihophörande samband jag kan använda? ω\omega och ll har jag ju redan. Jag har sett i boken att de har sambandet:

ω=km\displaystyle\omega = \sqrt{\frac{k}{m}}

Kan jag använda detta för mitt system också?

Pieter Kuiper 9458 – Avstängd
Postad: 13 maj 2025 13:40
naytte skrev:

Finns det något annat ihophörande samband jag kan använda? ω\omega och ll har jag ju redan.

Konceptet Q-faktor har du kanske också.

https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/oscda.html#c1 

Svara
Close