plik


WICZENIE 7 WYZNACZANIE LOGARYTMICZNEGO DEKREMENTU TAUMIENIA ORAZ WSPACZYNNIKA OPORU OZRODKA. Wprowadzenie CiaBo drgajce w rzeczywistym o[rodku z upBywem czasu zmniejsza amplitud drgaD, maleje energia mechaniczna poruszajcego si ciaBa zamieniajc si w energi wewntrzn o[rodka, w ktrym porusza si ciaBo oraz w energi wewntrzn ciaBa poruszajcego si. Straty energetyczne zale| od rodzaju o[rodka oraz od ksztaBtu ciaBa uczestniczcego w ruchu. CiaBo w o[rodku rzeczywistym porusza si ruchem drgajcym nieswobodnym. Doznaje zatem oporw ruchu. SiBa oporu o[rodka zale|y od prdko[ci poruszajcego si ciaBa. Dla maBych prdko[ci mo|emy uwa|a, |e siBa oporu F ~ V , lub w postaci rwnania F = - b V , gdzie: b - jest wspBczynnikiem oporu zale|nym od ksztaBtw ciaBa i rodzaju o[rodka. Znak minus oznacza, |e siBa oporu jest zawsze przeciwna wzgldem wektora prdko[ci. Warto[ liczbowa b rwna jest sile dziaBajcej na ciaBo poruszajce si z jednostkow prdko[ci. R|niczkowe rwnanie ruchu ciaBa drgajcego w o[rodku stawiajcym opr mo|emy zapisa w postaci 2 d x dx m = -b - kx dt2 dt , dx = V dt gdzie: . Po uporzdkowaniu d2x b dx k + + x = 0 dt2 m dt m . b k = 2 = 2 m m Oznaczajc , oraz otrzymamy rwnanie: 2 d x dx + 2 + 2x = 0 dt2 dt . /1/ Jest to jednorodne r|niczkowe rwnanie drugiego rzdu o staBych wspBczynnikach. Charakter rozwizania tego rwnania zale|y od warto[ci wspBczynnika . Przypu[my, |e caBk szczegln rwnania jest wyra|enie x = et . /2/ Aby wyznaczy wspBczynnik  nale|y caBk /2/ po zr|niczkowaniu odpowiednio podstawi do rwnania /1/. Otrzymamy wwczas: wiczenie 7 1 2et + 2et + 2et = 0 . Std Batwo zauwa|y, |e 2  + 2 + 2 = 0 /3/ jest rwnaniem charakterystycznym. Je|eli wyr|nik rwnania charakterystycznego jest wikszy od zera, wwczas mamy do czynienia z ruchem aperiodycznym. Rozwizanie oglne 1 2 x = Ae t + Be t , 2 2 1 = - + 2 + 2 i  2 = - +  -  gdzie: , 2 2 2 2  - t x = e- t Ae + Be-  - t ( ) lub . /4/ StaBe A i B wyznaczamy z warunkw pocztkowych np.: dla t = 0 |damy aby: x = 0 i V = V0. /5/ Zauwa|my, |e V = dx dt , zatem 2 -2t 2 2-2t 2 V = -e-t Ae + Be- 2-2t + e-t A 2 -  e - B 2 -  e- 2-2t . NakBadajc warunki /5/ w rwnaniach /4/ i powy|szym, otrzymujemy ukBad rwnaD algebraicznych: A + B = 0 2 2 - A + B +  -  A - B = V0 ( ) ( ) , ktre rozwizujemy wzgldem staBych A i B. Po prostych przeksztaBceniach dostajemy: 1 V0 1 V0 A = B = - 2 2 2 - 2 i 2 - 2 . Ostatecznie kinematyczne rwnanie ruchu /4/ da si zapisa w postaci 2 2 2 2 1 V0  - t x = e- t e - e-  - t ( ) 2 2 - 2 , /7/ lub V0 x = e- t sinh 2 - 2t ( ) 2 - 2 . " = 2 - 2)#0 , to Je|eli wyr|nik rwnania /3/ jest mniejszy od zera tzn. " = i 2 - 2 , gdzie - 2*#0 2 mo|emy zapisa a i jest jednostk urojon i = -1. Przyjmujc, |e w chwili pocztkowej t = 0 ciaBo znajdowaBo si w poBo|eniu rwnowagi i poruszaBo si z prdko[ci V0 (co odpowiada warunkom wiczenie 7 2 /5/) rozwizanie rwnania /1/ otrzymujemy w postaci /7/ dokonujc w nim podstawieD 2 - 2 ! i 2 - 2 . Zatem 2 2 2 2 1 V0 x = e- t ei  -  t - e-i  -  t ( ) 2 i 2 - 2 , lub po wykorzystaniu wzoru Eulera V0 x = e-t sin 2 - 2t ( ) 2 - 2 . /8/ Je|eli wyr|nik rwnania /3/ " = 0, wwczas rozwizanie mo|emy zapisa w postaci x = et A2 + B2 t ( ) , /9/ gdzie:  = -  . dx V = = -e-t A2 + B2 t + B2 e- t ( ) dt Obliczajc , oraz nakBadajc warunki /5/ otrzymamy ukBad rwnaD algebraicznych wzgldem staBych A ,B : A2 = 0 B = V0 2 . Co pozwala zapisa rozwizanie /9/ w postaci x = V0te- t . /10/ Rozwizanie /10/ odpowiada tzw. przypadkowi granicznemu kiedy to ciaBo wykonuje wychylenie, z ktrego powrt do stanu rwnowagi zmienia si w zale|no[ci od czasu jak funkcja wykBadnicza. Najbardziej interesujcym nas przypadkiem jest przypadek opisany rozwizaniem /8/. Odpowiada on drganiom periodycznym o malejcej wykBadniczo amplitudzie V0 A = e- t 2 - 2 , /11/ lub A = A0e- t . Szybko[ zaniku drgaD zale|y od warto[ci wspBczynnika  . Wykres wychylenia w funkcji czasu (patrz rwnanie 9) przedstawia rysunek poni|ej. wiczenie 7 3 Niech AN i AN+1 oznaczaj kolejno po sobie nastajce amplitudy wyra|ajce si odpowiednio wzorami: AN = A0e-t i AN +1 = A0e- ( t +T ) , gdzie: T - okres drgaD, AN AN = eT ln = T = D AN +1 AN +1 to i , gdzie: D - nazywamy dekrementem tBumienia.  = D T  = b 2m WspBczynnik tBumienia obliczamy ze wzoru , ale ; 2mD b = T std . /12/ Logarytmiczny dekrement tBumienia obliczy mo|na z dwch dowolnych lecz [ci[le okre[lonych w czasie amplitud, np. amplitudy AN i AN+k, gdzie k jest liczb t = kT naturaln zwizan z czasem obserwacji t i okresem drgaD T wzorem , l = k -1 AN +l l = k -1 AN +l AN kD = ln = ln = ln "  l =0 AN +l +1 l =0 AN +l +1 AN + k . W ten sposb 1 AN D = ln k AN + k , /13/ Opis urzdzenia pomiarowego. Urzdzenie pomiarowe skBada si z wahadBa grawitacyjnego z wymiennymi obci|nikami (ze wskazwk) zawieszonymi na dwch dBugich sBabo rozcigliwych nitkach. Podczas wahaD wskazwka obci|nika przesuwa si na tle regulowanej skali milimetrowej. PBaszczyzna drgaD jest prostopadBa do odpowiedniej pBaszczyzny przekroju obci|nika. Wychylenie wahadBa na tle skali obserwujemy przy pomocy soczewki dyfrakcyjnej. wiczenie 7 4 Przebieg pomiarw. 1. WahadBo wprawiamy w drgania [ci[le pBaskie po uprzednim stwierdzeniu, |e punkt rwnowagi wahadBa pokrywa si z zerem skali milimetrowej. 2. Odczytujemy na podziaBce, (z tej samej strony poBo|enia rwnowagi) kolejne amplitudy wykonujc kilkana[cie odczytw. Pomiary powtarzamy zaczynajc zawsze od tej samej amplitudy pocztkowej. 3. Sporzdzamy wykres krzywej tBumienia AN = f1 (t) odkBadajc na osiach ukBadu amplitud mierzon w mm, a czas w okresach. 4. Sporzdzamy wykres jak w punkcie 3 funkcji ln AN = f2 (t). 5. Obliczamy logarytmiczny dekrement tBumienia. Potrzebne amplitudy odczytujemy z krzywej tBumienia w r|nych jej miejscach. Obliczamy warto[ [redni logarytmicznego dekrementu tBumienia. 6. Wyznaczamy [redni okres drgaD wahadBa mierzc kilkakrotnie czas trwania n drgaD. (Liczb n poda prowadzcy zajcia np. n=100). 7. Wyznaczamy mas wahadBa na wadze laboratoryjnej. 8. Obliczamy wspBczynnik oporu ze wzoru /12/. 9. Powtarzamy pomiary dla wahadeB o innych ksztaBtach. 10.Przeprowadzamy ocen bBdw. 11.Wycigamy wnioski. Ocena bBdw. 1. BBd maksymalny przy pomiarze amplitudy okre[lamy biorc pod uwag najmniejsz podziaBk skali oraz rozrzut punktw pomiarowych na pBaszczyznie A,t. 2. Przy oszacowywaniu maksymalnego bBdu pomiaru dekrementu korzystamy z metody r|niczki zupeBnej wykorzystujc wzr /13/. 1 AN + AN + k "D = "AN k AN AN + k . 3. BBd pomiaru okresu okre[lamy z bBdu pomiaru czasu obserwacji. " nT ( ) "T = n , gdzie: n - liczba zaobserwowanych drgaD, " nT ( ) - bBd zale|ny od najmniejszej dziaBki stopera oraz przyjtego bBdu reakcji uruchomienia i zatrzymania stopera. 4. Maksymalny bBd pomiaru wspBczynnika tBumienia obliczamy metod r|niczkowania logarytmicznego "D "T "m "b = b + + D T m . wiczenie 7 5

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
OII04 Wyznaczanie logarytmicznego?krementu tlumienia przy pomocy wahadla fizycznego
32 Wyznaczanie modułu piezoelektrycznego d metodą statyczną
3 WYZNACZANIE MOMENTU DIPOLOWEGO NITROBENZENU
WYZNACZANIE WZGLĘDNEJ PRZENIKALNOŚCI ELEKTRYCZNEJ CIAŁ STAŁYCH
7 Funkcja logarytmiczna
Wyznaczanie modułu twardosci
linie wpływowe w układach statycznie wyznaczalnych belka
Projekt wyznacenie przyśpieszenia ziemskiego za pomocą układu wahadla matematycznego
06 Metody wyznaczania pol powierzchni
Wyznaczanie poczatku niepłodnosci poowulacyjnej
Logarytmy
Temat 1 Krzywe belki statycznie wyznaczalne zadania
31 Ruch elektronu w polu magnetycznym i elektrycznym Wyznaczanie wartości eprzezm
sztuka wyznaczania i osiagania celow[1]
2 Wyznaczanie gęstości ciała stałego i cieczy za pomocą piknometru
Wzor 41 Protokol wyznaczenia i utrwalenia pkt
Reakcje podporowe kratownicy statycznie wyznaczalnej

więcej podobnych podstron