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Bewegungsgleichung horizontaler Federschwinger
 
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Fingergottes2
Gast





Beitrag Fingergottes2 Verfasst am: 06. Nov 2004 11:29    Titel: Bewegungsgleichung horizontaler Federschwinger Antworten mit Zitat

Hi Leute, Wink

Ich hoffe mir kann jemand mit folgender Aufgabenstellung weiterhelfen:

Zitat:
Einen Körper mit der masse m=25g wird auf einer horizontalen ebenen Unterlage durch eine Feder mit der Federkonstanten D = 0.4 N/m gehalten.
Der Körper hat seine Ruhelage bei s=0, d.h. an diesem Ort ist die Rückstellkraft Fr = 0. Der Körper wird aus seiner Ruhelage auf die Position s = 10 cm ausgelenkt und zum Zeitpunkt t = 0 losgelassen, seine Anfangsgeschwindigkeit ist also v(0)=0. Der Körper gleitet anschließend reibungsfrei auf der Unterlage. Stellen sie die Bewegungsgleichung für den Körper auf und lösen sie sie.
Differentialgleichung mit dem Ansatz s(t)=s0sin(wt-phi)


So wie ich das verstehe ist s0 dabei die Maximalamplitude also die maximale Auslenkung. phi is die Phasenverschiebung und w der Kreisfrequent.

(dummerweise weis ich noch nicht wie und wo ich die ganzen mathematischen Zeichen herkriege)

a) Berechenen sie w (Kreisfrequenz)
Für den Kreisfrequent gilt folgende Formeln: w = Wurzel aus (D/m)
Als Auslenkung D habe ich dort 0,04 N/m und als masse 0,25g.
In der Musterlösung wurde jetzt Wurzel aus [(0,4^-1) / (0,25*10^-3)] gerechnet. Die 10^-3 verstehe ich die formen die g in Kg um ist also wie dividiert durch 1000.
Aber wieso dann 0,4 ^-1? Eigentlich Ist dort einfach nur durch 10 dividiert wurden aber warum? Und als Lösung kommt =4s^-1 raus. grübelnd

Sorry dass ich noch nicht Wurzeln und so als Symbole habe. Kann mir irgendwer ein Programm sagen mit dem ich besser posten kann? Hilfe
Vielen Dank für all eure Lösungen und Hilfen.
Fingergottes
Nikolas
Ehrenmitglied


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Beitrag Nikolas Verfasst am: 06. Nov 2004 12:25    Titel: Antworten mit Zitat

Also zu dem DGL:
Der Ansatz geht über F=m*a. Da die Federkraft deine einzige wirkende Kraft ist, kannst du sagen, das -D*s(t)=m*a. a ist bekanntlich s''(t).
Also:
-D*s(t)=m*s''(t). // s(t)=s°*sin(wt); // Ich lass mal das Phi weg, das stört nur und würde sich später einfach wegkürzen.

also:
-D*s°*sin(wt)=-s°*w²*sin(wt). |*(-1) und die Rechte Seite rüber

D*s°*sin(wt)-m*w²*sin(wt)=0 | etwas umstellen:

(D-mw²)*(s°*sin(wt))=0. Jetzt musst du etwas argumentieren:

Ein Produkt ist dann Null, wenn mindestens einer der Faktoren 0 ist. Díe zweite Klammer ist zwar unendlich oft 0, meistens aber nicht. Also muss die erste Klammer 0 sein.

D-mw²=0
... w=sqrt(D/m) {sqrt-> squareroot-> Wurzel}

Jetzt zu den Zahlen:
Ist das jetzt eine andere Aufgabe, oder warum hast du jetzt ein D von 0,04N/m? Wie du die Zahlen da umstellst, versteh ich nicht ganz. Da musst du eigentlich nur einsetzen.
w=sqrt(0,4/0,025)/Sec=4/sec;

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Nikolas, the mod formerly known as Toxman.
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Fingergottes



Anmeldungsdatum: 06.11.2004
Beiträge: 4

Beitrag Fingergottes Verfasst am: 06. Nov 2004 12:48    Titel: Antworten mit Zitat

Hi Toxmann.
Bitte nicht verwundern über die Namen ich habe zuerst als Gast Fingergottes2 geschrieben und mich dann als Fingergottes registriert.

Also erstmal Vieln Dank für die schnelle Antwort.

Da F=m*a=D*s(t) kann ich dir soweit folgen aber wie kommst du dann auf :
-D*s°*sin(wt)=-s°*w²*sin(wt).
Aus dem -D wird auf einmal ein w² und dem s° ein -s°.
Was hast du da genau gemacht.
Dann hast du mit -1 multipliziert
D*s°*sin(wt)-m*w²*sin(wt)=0 | etwas umstellen:
(D-mw²)*(s°*sin(wt))=0


Müsste da dann nicht rauskomen D*-s°*-sin(wt)?
Und wie stellst du um? Woher kommt auf einmal wieder die Masse ?

Sorry für meine Blödheit aber ich bin heute morgen um 0900 aufgestanden um das auszurechnen und komm einfach nicht weiter.
LOL Hammer Klo
Die Zahlen sind durch die Teilaufgaben entstanden.

Berechnen sie ...
a) Kriesfrequenz w
b) Die Schwingunsdauer T
c) die Frequenz f
d) die Ampltude s°
e) den Phasenwinkel Phi
f) Stellen sie die Auslenkung s(t), die Geschwindigkeit v(t) und die Beschleunigung als Funktion graphisch zur Zeit dar.
g) Wie gróß sind die maximalen Geschwindigkeiten v(max) und a(max)?
Hinweis: Achten sie auf die Einheiten. rechnen sie um in SI einheiten (m,kg,s)


zu a) Den Kreisfrequent wird berechnet durch w=sqrtD/m. Mit Umformen ergibt das w=sqrt(0,4*10^-1)/(25*10^-3) [(N/m)/Kg] = 4 s^-1
Was ich daran nicht verstehe ist warum man D in 0,4 *10^-1 umformt und wie aus der Einheit [N/(m*Kg)] s^-1 wird.

Danke erstmal versuche b) - e) alleine zu lösen bei fragen meld ich mich.
Haste eventuell icq das würd schneller gehen.
ICQ#311020458
THX Fingergottes

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Nikolas
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Beitrag Nikolas Verfasst am: 06. Nov 2004 14:01    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Da F=m*a=D*s(t) kann ich dir soweit folgen aber wie kommst du dann auf :

Die Federkraft F=-D*s(t). (Wenn du nach rechts auslengst, zeigt die Kraft nach links)
Dann weiter:
Die Bschleunigung a(t) ist die zweite Ableitung von s(t).
Für s(t)=s°*sin(wt) gilt s'(t)=s°*w*cos(wt) [Ketten und Faktorregel] und s''(t)=s°*w²*sin(wt).

Wenn du die in die Gleichung m*s''(t)=-D*s(t) einsetzt, kommst du auf dieses DGL.
Zitat:
Woher kommt auf einmal wieder die Masse ?
Tja, ähmm die hatte ich kurz verloren...

-> -D*s°*sin(wt)=-s°*w²*sin(wt)*m. |*(-1)
D*s°*sin(wt)=s°*w²*sin(wt)*m |- Rechte Seite
D*s°*sin(wt) - s°*w²*sin(wt)*m =0 | s°*sin(wt) ausklammern
(D-sw²) *s°*sin(wt) = 0;
(D-sw²) = 0-> w=sqrt(D/m)

Zitat:
Was ich daran nicht verstehe ist warum man D in 0,4 *10^-1 umformt.

Ich auch nicht. 0,4*10^-1=0,4/10= 0,04. Und das passt nicht.

Zur Umrechnung: Einfach mal die Def von N raussuchen und dann kürzen.

Zitat:
a) Kriesfrequenz w
b) Die Schwingunsdauer T
c) die Frequenz f
d) die Ampltude s°
e) den Phasenwinkel Phi
f) Stellen sie die Auslenkung s(t), die Geschwindigkeit v(t) und die Beschleunigung als Funktion graphisch zur Zeit dar.
g) Wie gróß sind die maximalen Geschwindigkeiten v(max) und a(max)?

a) hast du
b) w=2*pi*f
c) T=1/f;
d) hast du gegeben
e) dürfte 1/4 pi sein (?)
g) v(max)=s°*w, a(max)=v°*w=s*w²

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xy
Gast





Beitrag xy Verfasst am: 14. Mai 2009 20:02    Titel: Antworten mit Zitat

Wie kann man eigtl. die aufgabe des horizontalen federschwingers lösen(w berechnen), wenn die federn schon vorgespannt sind?
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