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[quote="willyengland"]Moin, [b]Aufgabe:[/b] Eine Feder (D = 1 N/cm) ist an einer Seite mit der Wand, an der anderen mit der Rotationsachse eine Walze (Vollzylinder, m = 5 kg, r = 10 cm) verbunden. Der Schwerpunkt der Walze wird aus der Gleichgewichtslage der Feder um s = 20 cm nach rechts ausgelenkt und losgelassen. Anschließend vollführt die Walze mit ihrem Schwerpunkt horizontale Schwingungen. [b]Zeigen Sie durch aufstellen der Kräftebilanz, dass es sich bei der Bewegung des Schwerpunkts um eine harmonische Schwingung mit folgender Eigenfrequenz handelt:[/b] [latex]f_0 = \sqrt{\frac{D}{6 \pi^2 m} } [/latex] ---------------------------------------------------- Normal wäre ja: [latex]f_0 = \sqrt{\frac{D}{4 \pi^2 m} } [/latex] hergeleitet aus der Standardformel: [latex]\omega_0 = 2 \pi f_0 = \sqrt{\frac{D}{m}} [/latex] Also: Woher kommt hier die 6?[/quote]
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Mathefix
Verfasst am: 08. Jan 2020 12:52
Titel:
Myon hat Folgendes geschrieben:
Entscheidend für eine harmonische Schwingung ist, dass die Kraft proportional zur Auslenkung und rücktreibend ist, d.h. entgegengesetzt zur Auslenkung gerichtet. Bei umgekehrtem Vorzeichen würde die Auslenkung wie gesagt exponentiell ansteigen.
PS: Will hier nicht korrigieren, aber die Formulierung „Summe der Momente = 0“ kann m.E. zumindest verwirrend sein. Denn auf die Walze wirkt ja durch die Feder tatsächlich eine Kraft bzw. ein Drehmoment, sonst würde sie nicht schwingen. Der Term „I*alpha“ ist kein Moment, das tatsächlich auf die Walze wirkt, sondern die Folge/Auswirkung des einwirkenden Drehmoments.
Bei der Massenträgheitskraft handelt es sich um eine Scheinkraft.
Vllt. ist diese Gleichung einleuchtender:
Myon
Verfasst am: 07. Jan 2020 15:38
Titel:
Entscheidend für eine harmonische Schwingung ist, dass die Kraft proportional zur Auslenkung und rücktreibend ist, d.h. entgegengesetzt zur Auslenkung gerichtet. Bei umgekehrtem Vorzeichen würde die Auslenkung wie gesagt exponentiell ansteigen.
PS: Will hier nicht korrigieren, aber die Formulierung „Summe der Momente = 0“ kann m.E. zumindest verwirrend sein. Denn auf die Walze wirkt ja durch die Feder tatsächlich eine Kraft bzw. ein Drehmoment, sonst würde sie nicht schwingen. Der Term „I*alpha“ ist kein Moment, das tatsächlich auf die Walze wirkt, sondern die Folge/Auswirkung des einwirkenden Drehmoments.
Mathefix
Verfasst am: 07. Jan 2020 14:51
Titel:
willyengland hat Folgendes geschrieben:
Du meinst:
?
Myon hat recht, denn es gilt die Gleichgewichtsbedingung Summe der Momente = 0
Mathefix
Verfasst am: 07. Jan 2020 14:47
Titel:
Myon hat Folgendes geschrieben:
Nur eine Anmerkung: in der 1. und 3. Gleichung oben müssten jeweils noch Minuszeichen stehen, sonst würde keine Schwingung resultieren, sondern die Auslenkung würde exponentiell zunehmen.
Danke für den Hinweis, Du hast recht. Summe der Momente = 0. Habe die Gleichungen korrigiert.
willyengland
Verfasst am: 07. Jan 2020 12:01
Titel:
Du meinst:
?
Myon
Verfasst am: 07. Jan 2020 10:01
Titel:
Nur eine Anmerkung: in der 1. und 3. Gleichung oben müssten jeweils noch Minuszeichen stehen, sonst würde keine Schwingung resultieren, sondern die Auslenkung würde exponentiell zunehmen.
willyengland
Verfasst am: 07. Jan 2020 09:46
Titel:
Je mehr ich darüber nachdenke, umso beeindruckender finde ich deine Lösung. Da wäre ich nie drauf gekommen!
Zuerst das Drehmoment so umzuformen, und dann den Satz von Steiner zu benutzen, und dass sich dann r wegkürzt.
Trickreich!
willyengland
Verfasst am: 06. Jan 2020 12:58
Titel:
Aha, ok, wieder was gelernt!
"Satz von Steiner" hatte ich zwar schon mal gehört, irgendwie, aber noch nie benötigt.
Vielen Dank!
Mathefix
Verfasst am: 06. Jan 2020 09:54
Titel:
Die Federkraft erzeugt ein Drehmoment. Dadurch erfährt der Zylinder eine Rotationsbewegung um den Momentanpol. Momentanpol ist der Auflagepunkt des Zylinders.
Satz von Steiner
ist die "Ersatzmasse".
Eingesetzt in
ergibt
willyengland
Verfasst am: 05. Jan 2020 17:45
Titel: Feder: Woher kommt die 6?
Moin,
Aufgabe:
Eine Feder (D = 1 N/cm) ist an einer Seite mit der Wand, an der anderen mit der Rotationsachse eine Walze (Vollzylinder, m = 5 kg, r = 10 cm) verbunden. Der Schwerpunkt der Walze wird aus der Gleichgewichtslage der Feder um s = 20 cm nach rechts ausgelenkt und losgelassen. Anschließend vollführt die Walze mit ihrem Schwerpunkt horizontale Schwingungen.
Zeigen Sie durch aufstellen der Kräftebilanz, dass es sich bei der Bewegung des Schwerpunkts um eine harmonische Schwingung mit folgender Eigenfrequenz handelt:
----------------------------------------------------
Normal wäre ja:
hergeleitet aus der Standardformel:
Also: Woher kommt hier die 6?