1 svar
146 visningar
wangster 117
Postad: 17 aug 16:44 Redigerad: 17 aug 16:48

Dum fråga om integralers användning

Hej

Betrakta en behållare med area A och höjden H som fylls med en vätska vars densitet går som ρ(x)=ax2\rho(x) = ax^2 eller ekvivalent x(ρ)=rhoax(\rho)=\sqrt{\frac{rho}{a}}. Härifrån skulle alla med lite erfarenhet säga att dm=ρdV=ρAdxdm = \rho dV = \rho Adx vilket kan integreras från 0 till H. Det exakta svaret här är inte intressant förutom följande.

Om man istället betraktar dm=V(ρ)dρ=Ax(ρ)dρdm = V(\rho) d\rho = Ax(\rho)d\rho vilket kan integreras från 0 till ρmax=aH2\rho_{max} = aH^2, så får man något annat.

 

Generellt för inverterbara funktioner aby(x)dx\int_a^by(x)dx är arean mellan kurvan och x-axeln, medan y(a)y(b)xdy\int_{y(a)}^{y(b)}xdy är arean mellan kurvan och y-axeln. Tillsammans utgör de en rektangel mellan punkterna (a,y(a)) och (b,y(b)).

Självklart kommer integralerna inte att ge samma sak i det generella fallet för xdyxdy och ydxydx, men min fråga är varför inte dm=Vdρdm = Vd\rho funkar. Jag samlar allt med samma densitet och beräknar massan de bidrar med och sen summerar jag för varje värde på ρ\rho. Jag fattar verkligen inte varför den modelleringen blir fel.

 

 

Jag har valt massa, volym och densitet som ett exempel, men problemet kan generaliseras till vad som helst. Ekvivalent(??) kanske följande fråga kan ställas:

För ett fysikaliskt förhållande α=βγ\alpha = \beta \gamma, hur vet man om dα=βdγd\alpha = \beta d\gamma eller dα=γdβd\alpha = \gamma d\beta? Den allmänna differentialen dα=βdγ+γdβd\alpha = \beta d\gamma + \gamma d\beta skulle ju bara ge hela rektangelns area, alltså bara beroende på start och slutpunkt, vilket blir självklart fel i exemplet ovan.

naytte 7419 – Moderator
Postad: 17 aug 19:08 Redigerad: 17 aug 19:14

Det stämmer inte att dm=Ax(ρ)dρdm = Ax(\rho) d\rho, och det är detta som gör att du inte får samma svar när du integrerar. Det stämmer inte generellt att:

V=dmdρ\displaystyle V = \frac{dm}{d\rho}

Det som däremot stämmer är att:

dmdV=ρ\displaystyle \frac{dm}{dV} = \rho

Om vi använder detta ser vi att:

dmdV·dVdρ=ρdVdρdmdρ=ρdVdρdm=ρdVdρdρ\displaystyle \frac{dm}{dV}\cdot\frac{dV}{d\rho}=\rho\frac{dV}{d\rho}\Longleftrightarrow \frac{dm}{d\rho}=\rho\frac{dV}{d\rho}\Longleftrightarrow dm=\rho\frac{dV}{d\rho}d\rho

Om du integrerar med detta ser du att det blir samma svar.

Svara
Close