4. Ingamozgás periodikus külső erő hatására

Hasonló dokumentumok
3. Fékezett ingamozgás

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Mechanika I-II. Példatár

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Rezgőmozgás, lengőmozgás

1 1 y2 =lnec x. 1 y 2 = A x2, ahol A R tetsz. y =± 1 A x 2 (A R) y = 3 3 2x+1 dx. 1 y dy = ln y = 3 2 ln 2x+1 +C. y =A 2x+1 3/2. 1+y = x.

Rezgések és hullámok

A differenciálegyenlet általános megoldása az összes megoldást tartalmazó halmaz.

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

Mechanikai rezgések = 1 (1)

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA MEGOLDÁSI ÚTMUTATÓ

Kalkulus II., harmadik házi feladat

Á ú ú ű ű ú ú Í ú ú Ö ű Ö ű Ö Ö ű ű ú ÍÍ Í ú Í Í Í Í Í ú ú

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Teljes függvényvizsgálat példafeladatok

Diagnosztika Rezgéstani alapok. A szinusz függvény. 3π 2

Rezgőmozgások. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Az elméleti mechanika alapjai

2.4. Coulomb-súrlódással (száraz súrlódással) csillapított szabad rezgések

ő ű í ő ú í í Á ű í ő ő ő ő í É í í ő Ö Ö Ö Á Í Á ő ő ő ő É ő ő ú ú ú í ő Á Ö ő ő

Differenciálegyenletek december 13.

Szabadsugár. A fenti feltételekkel a folyadék áramlását leíró mozgásegyenlet és a kontinuitási egyenlet az alábbi egyszerű alakú: (1) .

Inga. Szőke Kálmán Benjamin SZKRADT.ELTE május 18. A jegyzőkönyv célja a matematikai és fizikai inga szimulációja volt.

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

Matematika OKTV I. kategória 2017/2018 második forduló szakgimnázium-szakközépiskola

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Rezgés tesztek. 8. Egy rugó által létrehozott harmonikus rezgés esetén melyik állítás nem igaz?

Tudnivalók. Dr. Horváth András. 0.1-es változat. Kedves Hallgató!

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Ingák. Számítógépes szimulációk fn1n4i11/1. Csabai István, Stéger József

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

REZGÉSTAN GYAKORLAT Kidolgozta: Dr. Nagy Zoltán egyetemi adjunktus

ü ű í ú ú ü ü ü ű ü ű ü ű ü ű ü í ü ű í í ü í í í í í ü í ű

ö ü ü Á ö ü ö ö ö Í ü ü ö ö ú ö ű ű Í ü

KÁOSZ EGY TÁLBAN Tóthné Juhász Tünde Karinthy Frigyes Gimnázium (Budapest) Gócz Éva Lónyai Utcai Református Gimnázium

Statika gyakorló teszt II.

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

ó ó é é é ó ü é é Í ő ő ó ó é ö é ó é ő ü é é ó í é é é ű ő ő ő é é ő í é í é é é ú é é é ó í é ö é ő ö é é é ö ü í é é ő é é ü é é í Ú ő ó ö é ő ö ö

A rezgések dinamikai vizsgálata, a rezgések kialakulásának feltételei

ó ó ó ö ü ő ö ó ú ő ó ö ó ó ő ü ő ó ő ü ö ő ő ó ó ő ó ö ö ú ó ő ö ó ő ő ó É ó ő ü ö ú ű ü ő ő ú ó ö ú ó ó ó ó ő ó ö ú Á ő ő ő Á ó ó ü É ö ú

Í Ó ü ü í ü ü ü í Í í É í í Í Í ü ü ü í Í ü

ü É ö É É ö ö ö ü ö ö Á ű ö ű ű ű Á Í ö ö Ó ö

É Í Á Á É Ü Ó É É É É Í Ó Ó Ő Á Á É Á É É É É Á É É Á Á É É Á É Í

7. Kétváltozós függvények

ö ő ő ü ü Ó ü ö ű Á ő ő ö ő Á Ó ű ö ü ő ő ű

Ü

Ö Ö ú

ö á á ö á ü á í á ö ü í ö ö ő ö á á ó ö á á á í ó á á á ő ő ú ú á á ó ó ó ő ö ü ö ö ü ö Ö á ő á á Ö á Í á ó á ő ü á ö á á ü ö ö á ö á á ö ó ü ú ő á í

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

Hullámtan. A hullám fogalma. A hullámok osztályozása.

Í Ú É ő ő ú ö Ö ú ú ú ö ö ú ö ö ű ö ő ö ö ú ö ő ő ö ö ö ő ő ú ő ú ö ö ö ú ö ö ú ő ö ú ö ű ö ő Ó ő Á ö ő ö ö

ú Ü Í ú ú ú ú ú ú

ú ű ű É ü ű ü ű ű í ü í ő í Ü ő ő ü ú Í ő ő í ú ü ü ő ü

í í ü

ű Á ü ő ö í ö ö ő ő ő ő ö

ó É ó í ó ó í í ö í ó í ö ö ö ü ö ó ó ó ü ú ö ü ó ó ö ö ü ü ü ö ö ó ö í ó ű Ü ó í ú í ö í ö í Í ó ó í í ö ü ö ö í ö í ö ö ö ü ó í ö ö ó í ú ü ó ö

Ü ű ö Á Ü ü ö ö

í Ó ó ó í ó ó ó ő í ó ó ó ó

Í Í Í Ü Ó Ó Ö Á Ü Ü Ó Ü Ü Ó Ö Í É Ö


ü ő ő ü ü ő ő ű í í ű ő ő ő ü ő ő í í ő ő ő ő ő ő ü ü í ő Ö ő ü í ő ü í í ő ü ő í ő ő í í ő ü ü í ő ü í ő í ő í ő ü í ő í ü í í ő

ú ű ú ú ű ú ű ű ú ű ú ű Á ű ű Á ű ű ú ú ú ú ú ú ű ú ú ú ú ú ú ú ú

Í ö ö ű ú ö ö Í ö ü ö ü

ő ő Ű ü ú ú Ú ü ű ő ő ő ő Á Á Í ü É ő ő ő ő ő É ő ú ú ú ő Á Ö ő

í í ü í í í í í Ó ő ő í í í Ú ü Ú í í Ú ő ü Ú ü ő

í í É í ó ó É ö í ó í ó í ó ó í ó í í ó ó ó í ö ö ö ö í í í ó ó ö ó

ő ő ő ő ő ő ú ő ü Á ü ü ő ő ő ő ő ő ő ő ő ő Ö Ó ő ő ő Ö ő ő ő

ű ú Í Ó Á ú Ű ű Ő Ö Á ú Ű Ü ú ú Á ú ű

É ő ő ű ú Á ő Á ő ű ő ő ő ő ő ő ő ő ű ú ű ű ő ő ő ű

í ó ő í é ö ő é í ó é é ó é í é é í é í íí é é é í é ö é ő é ó ő ő é ö é Ö ü é ó ö ü ö ö é é é ő í ő í ő ö é ő ú é ö é é é í é é í é é ü é é ö é ó í é

é ö é Ö é é ő í ó í é ő ö ú é ó é ő ü ü é ó ö é é ó é é ö é ő í é é ő é é ö é ű ö é í ó é é í ö í ó í ó é é ö ó í ó ó í ó é é ö ő í ó ó í ó ü é í ü

É Í ü ú É ü ő ő ő ő ú ő ú ü ü ő ü ú ü ű ú ú ü ü Í ü ű ő ő É ő

ő ö ő ű ó ö ó ű Í Ö Ö Á Í Ó Ö Ü É Ö Ö Ö Á Á Ö É Á Ö

ú ú ü ü Á ú ú ü ű ű ú ü ü ü ü

ü ö ú ö ú ü ö ü Á Ó ö ö ö ö ú ü ú ü ü ú ú ö ö ü ü ú ü ü ö ö ű ö ü ü ü ü ö ö

ű í ú ü ü ü ü ü Ó í ü í í í É Á

Ö Ö Ö Ö Ö Á Ű É Ö Ö Ö

Í Í Ó ű Ü Ó Ó Ü ü Ö Í Ü Í Í ú Ö Ó Í ú ú Ö Ó É Í ű ú

Ö Ö Ú Ó Ö ű Ő Ő ű ű Ü Ő Ó Ő

ő ő ő ő ú É ü ú ú ű ú ű ő ő ő ő Á Á ü ő É É É É É É Á Ú Á Á ő ő ő ő ő É Á Á Á ő ő ő Á ü ő ő ü

ú ü ü ú Ö ú ü ü ü ü ü ú ü ú ü ű Í ü ü ű ü ű Ó ü Ü ű ú ú Á ü ű ű ü ü Ö ü ű ü Í ü ü

ö ö Ö ó ó ö ó ó ó ü ö í ü ú ó ó í ö ö ö ó ö ü ú ó ü ö ü ö ö Ö ü ö ö Ö ó

í ü í ü ő ő ü Í ő ő ő ú í ő ő ö ö ö ű ü í ő ő í ú ö ö ú ő ő ú í ő í ő ö ö í ő ü ü í ő ö ü ü ú í í ü ő í ü Í í í í ö ő ö ü ő í ő ő ü ű ő ő í ő í í ő ő

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

ű ú ú Ö ó Ö ó ó ó Ö ű ó ű ű ü Á ó ó ó ó ü ó ü Ö ó ó ó Ö ű ű ü Ö ű Á ú ú ú ó ű í í Ő ú Á É Ö í ó ü ű í ó ű ó Ö ú Ő ú ó í ú ó

ö ü ü ú ó í ó ü ú ö ó ű ö ó ö í ó ö í ö ű ö ó Ú ú ö ü É ó í ö Ó Á í ó í í Ú ö ú ö ű ü ó

ö ö ö ö ö ö ö ü ö ü ö ű ö ú ü ű ö ü Í ö ú ü ü ű ö ú ü Á ü

ö ö ó ú ö ö ú ü ó ö ö Í ö ö ö ü ó ö ö ú ú ö ü ó ü ó ü ö ú ü ó ü ö ó Á Á ö ü ú ó ö ü ü ö ó ü ü Á ü ö ü ö ü ö ö ö ü ö ú ö ö ö ü ú ö ú ö ű ú ú ü ö ó ö ö

ö Ó ű ö ó í ó ü ö Ó ó í ö ö ó Ö ó ö í ó í ó Á í ó Á Á Ő ú ü ó Í ü ú ü

É ö Ű ő ű ő ő ű ű

ö ö ö Ö ö ú Ö í Ö ű ö í Ö í ö ü ö í ú Ö Ö ö í ű ö ö í ö ö Ő ö í ü ö ö í Ö ö ö í ö í Ő í ű ű í Ö Ó í ö ö ö ö Ö Ö ö í ü ö ö Ö í ü Ö ö í ö ö ö ö ö Ö ö í

é ú é é é é é é é é é é é é ú é ö é é é ö Ő é é é ú é é é é é é é é ö é é é ö é Ö é é ö é ö é é é ű é ö ö é ö é é ö ö é é ö ö é ö é Ö é ú é é é é é é

ő ö ő ú ő ö ö ő ó ő ö ü ú ö ö ó ő ö ü ó ó ó ó ő ő ő ó ó ú ő ü ő ö ö ó ü ö ö ő ű ö ö ő ú ú ó ö ő ű ö ó

ú ú ö ö ü ü ü ü ű ü ü

Ö Ö ű ű ű Ú Ú ű ű ű Ú ű

Átírás:

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására.1. Fékezetlen ingamozgás periodikus külső erő hatására Fékezetlen lineáris matematikai inga Ha az ''+k =0 egenletre valamilen periodikus külső erő hat, akkor mozgását a következő differenciálegenlet írja le: melnek rendszer alakja: ''+k = A cosnt, '= '=-k + A cosnt. (1) ahol A a külső hatás amplitúdója, n a külső hatás körfrekvenciája. Ismert, hog az inhomogén egenlet általános megoldását a homogén általános megoldása és az inhomogén eg partikuláris megoldásaként kapjuk [1]. Tudjuk, hog a homogén egenlet általános megoldása: Clear@kD; eqn = 9'@tD == @td, '@td k @td=; Ha = Simplif@DSolve@eqn, 8@tD, @td<, tdd@@1, 1DD @td C@1D Cos@k td + 1 k C@D Sin@k td Az inhomogén egenlet eg partikuláris megoldása H0L=0 és H0L=0 kezdeti értékek esetén, ha k n :

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 17 Clear@A, νd; eqn = 9'@tD == @td, '@td k @td + A Cos@ν td, @0D 0, @0D 0=; IHp = Factor@Simplif@DSolve@eqn, 8@tD, @td<, tdd, Trig TrueD@@1, 1DD @td A SinB k t t ν F SinB k t + t ν F ì HHk νl Hk + νll Az inhomogén egenlet általános megoldása tehát az előző kettő összege: C@1D Cos@k td + 1 k C@D Sin@k td + A SinB k t t ν F SinB k t + t ν F ì HHk νl Hk + νll Tetszőleges kezdeti értékekből induló megoldások Hk = 1, A = 1, n = L: Az inhomogén egenlet néhán megoldása különböző kezdeti értékek esetén: H0L=0 H0L=3 H0L=0 H0L=6 - - 0 30 0 0 60 t 0 30 0 0 60 t - - - - 1. ábra Ismert, hog létezik n frekvenciájú megoldás. Ez az alábbi alakú:

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 18 eqn = 9'@tD == @td, '@td k @td + A Cos@ν td, @0D A ëik ν M, @0D 0=; IHp = Simplif@Simplif@DSolve@eqn, 8@tD, @td<, tdd, Trig TrueD@@1, 1DD @td HA Cos@t νdlëik ν M A Vegük észre, hog ennek a megoldásnak az amplitúdója, ami arános a k -n külső erő amplitúdójával és fordítottan arános Ik -n M-vel. A hintázás szempontjából tekintve, nagobb erő nagobb kilengést jelent, a hinta sajátfrekvenciáját megközelítő külső körfrekvencia is hasonló eredmént ad. Uganakkor ha n º k, a rezgés (lengés) veszélesen naggá válik, a lebegés, illetve a rezonancia jelenségével találkozhatunk. Az inhomogén egenlet partikuláris megoldása mutatja, hog eg gors és eg lassú rezgés összegződése során alakul ki rezonancia, illetve lebegés SimplifA DSolveA9 @td == @td, '@td == k @td + A Cos@ν td, @0D 0, @0D 0=, 8@tD, @td<, tee@@1, 1DD @td HA H Cos@k td + Cos@t νdllëik ν M a coshk tl alakú sajátregzés, illetve a coshn tl alakú gerjesztett rezgés lassan kerül azonos fázisból ellenfázisba. A következő néhán ábra a lebegés jelenségét szemlélteti azokban az esetekben, ha a n konstanst változtatjuk k = 1 körül. Az ábra jól mutatja a rezgések összegződését. A felső ábrákon látható rezgések összegeként létrejövő rezgéseket mutatják az alsó ábrák különböző körfrekvenciájú külső erők esetében (k = 1 körüli frekvenciák). Rezgések összegzése különböző körfrekvenciájú külső erők esetében :

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 19 1. 1.0-1.0-1. n=0.6 1 0 30 t 6 - -6 n=0.9 1 0 30 t 1-1 - n=1.19 1 0 30 t 3 1-1 - -3 1 0 30 t - 1 0 30 t - - 1 0 30 t Ha k = n, azaz a gerjesztés körfrekvenciája azonos a rendszer sajátfrekvenciájával, akkor a megoldások nem korlátosak. Ezt a jelenséget nevezzük rezonanciának. Az egensúli helzetből induló megoldás a következő alakú: Clear@A, kd; eqn = 9'@tD == @td, '@td k @td + A Cos@k td, @0D 0, @0D 0=; Simplif@DSolve@eqn, 8@tD, @td<, tdd@@1, 1DD @td HA t Sin@k tdlêh kl Ezt mutatja a következő ábra: k=n=1, A=1 0 0-0 0 0 60 80 0 t -0 3. ábra A rezonancia komol katasztrófát okozhat. A legismertebb szerencsétlenség az Amerikai Egesült Államokban következett be 190. november 7-én. Az újonnan épített Tachoma-híd eg több napig tartó erős szélben leszakadt. A szél által a hídra gakorolt periodikus lökések körfrekvenciája megegezett a híd lengéseinek sajátfrekvenciájával. A kialakult rezonancia miatt a több méter amplitúdójú, és több órán át tartó rezgések a híd leszakadásához vezettek [3]. Interaktív illusztráció

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 0 A következő interaktív vizsgálat az inhomogén egenlet tetszőleges partikuláris megoldásának a külső hatás amplitúdójától való függését szemlélteti. á Javasolt beállítások: Ha a kezdeti értékeket 0-ra, a külső erő körfrekvenciáját és a rugalmassági egütthatót 1-re, az amplitúdót tetszőlegesre állítva a kitérés a végtelenbe tart (rezonancia). Ha most a külső erő körfrekvenciáját 1-hez közeli értékre állítjuk, akkor a lebegés jelensége figelhető meg. Ha csupán a külső hatás amplitúdóját változtatjuk interaktívan láthatjuk, hog a megoldások viselkedését nem befolásolja az amplitúdóváltozás. A függvéngrafikonok aránosan nőnek, ahogan az amplitúdó nő. 0 0-0 -0 0 0 60 80 0 0 t -0-0 0 0-0 -0 Külső hatás körfrekvenciája 1 Külső hatás amplitúdója 1 Rugalmasságiegüttható Hk L 1 Kezdeti kitérés 0 Kezdeti sebesség 1 Kicsinítés 3.6 Idő 8. Interaktív illusztráció Ha a különböző frekvenciákat az emberi fül által hallható frekvenciatartománból választjuk, akkor az inhomogén egenlet partikuláris megoldása hallhatóvá válik. Az alábbi animáció két rezgés összegeként létrejövő rezgéseket szemlélteti. Minél nagobbra állítjuk a frekvenciaértékeket, annál magasabb hangot hallhatunk.

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 1 Figeljük meg a lebegés jelenségét. A hang ereje fokozatosan erősödik illetve elhalkul. Minél közelebbi értékeket választunk, annál jobban megfigelhető a jelenség a kibocsájtott hang segítségével. VIGYÁZAT! Ha a két frekvenciaértéket egformának választjuk, az inhomogén egenlet partikuláris megoldása a végtelenbe tart, melet az illusztráció nem képes megjeleníteni. á Javasolt beállítások: A=1, k = 130, n értékét pedig változtatjuk k körül. 0.00006 0.0000 0.0000-0.0000-0.0000-0.00006 0.0001 0.000 0.0000-0.0000-0.000-0.0001 1 3 6 1 3 6 t t Amplitúdó 1. Természetes körfrekvencia 000 Külső hatás körfrekvenciája 00 Idő 6. Lejátszás

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására ã Fékezetlen nemlineáris matematikai inga A nemlineáris matematikai inga esetében az egenlet a következő alakú: '= '=-k sin + A cosnt. () ahol A a külső erő amplitúdója, n a külső erő körfrekvenciája. A Melléklet 6. tétele alapján tudjuk, hog kis kezdő értékek esetén, ha a homogén, lineáris, periodikus ''=-k egenletnek nincs nemtriviális, n körfrekvenciájú periodikus megoldása, akkor az (.)-nek létezik pontosan eg. Ez az origó körnezetében akkor teljesül, ha n k. Mivel a homogén egenlet megoldásainak rezgése amplitúdó növelkedésével lassul, ezért nem túl nag gerjesző amplitúdó (az átfordulást elkerülendő) és adott n > k körfrekvencia mellett létezik n körfrekvenciájú periodikus megoldás. Interaktív illusztráció A következő interaktív vizsgálat az inhomogén egenlet tetszőleges partikuláris megoldásának különböző paraméterektől való függését szemlélteti. á Javasolt beállítások: Érdemes megfigelni azt a speciális esetet, amikor minden értéket 1-nek választunk, és a kezdeti kitérést pedig interaktívan változtatjuk, illetve ha a külső hatás körfrekvenciáját változtatjuk, ahol H0L=0, minden más érték pedig 1. Az első esetben a kezdeti kitérés megváltoztatásával a mozgás jelentős mértékben változik, az utóbbiban pedig megközelítőleg az 1.3-es értékig a kitérés nag, utánna pedig adott korlátok között mozog. Ha a külső hatás amplitúdóját változtatjuk, látható, hog a matematikai ingától eltérően a megoldások viselkedése nag mértékben változik.

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 3-0 00 300 00 t - - Külső hatás körfrekvenciája 1.33 Külső hatás amplitúdója 1 Rugalmasságiegüttható Hk L 1 Kezdeti kitérés 0 Kezdeti sebesség 1 Kicsinítés 1. Idő 76. A következő ábrán a javasolt beállítások szerint minden értéket 1-nek választunk, és a kezdeti kitérést változtatjuk. 0 30 0 - H0L=0 0 30 0 0 60 t 0 30 0 - H0L=3 0 30 0 0 60 t. ábra 0 30 0 - H0L=6 0 30 0 0 60 t Szintén a javasolt beállítások szerint a kezdeti kitérést 0-nak választva, minden más értéket pedig 1-nek, a megoldásoknak a külsö hatás körfrekveniájától való függését a következő ábra mutatja: 0-0 -0-60 n=1.33 0 00 300 00 00 t - -. ábra n=1.3 0 00 300 00 00 t

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására Az inhomogén egenlet megoldásának változása különböző amplitúdójú külső erők esetén: A=3.07 A=3.1 A=3.13 1 8 6 0 30 0 0 60 t 1 8 6 0 30 0 0 60 t 1 8 6 0 30 0 0 60 t.. Fékezett ingamozgás periodikus külső erő hatására Fékezett matematikai inga Ha a csillapítást is hozzávesszük (.1)-hez akkor kapjuk a következő egenletet '= '=-a -k + A cosnt, (3) ahol A a külső erő amplitúdója, n a külső erő körfrekvenciája. Határozzuk meg az inhomogén egenlet általános megoldását! A 3. fejezetből tudjuk, hog a homogén egenlet általános megoldása, ha feltesszük, hog a csillapítás kicsi, és alkalmazva a m = a - k helettesítést: Clear@a, kd; eqn = 9'@tD == @td, '@td a @td k @td, @0D 0, @0D 0=; Ha = SimplifADSolve@eqn, 8@tD, @td<, td@@1, 1DD ê. 9, Ia k M µ, 1ë, Ia k M µ= ê. u_ CompleEpand@ u DE @td a t µ 0 µ CosB t µ F + Ha 0 + 0L SinB t µ F Láthatjuk, hog a megoldások nem periodikusak, ezért a Melléklet 6. tétele szerint inhomogén egenletnek lesz periodikus megoldása periodikus külső hatás esetén. Az inhomogén egenlet eg partikuláris megoldása H0L=0 és H0L=0 kezdeti értékek esetén: eqn = 9'@tD == @td, '@td a @td k @td + A Cos@ν td, @0D 0, @0D 0=;

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására IHp = CollectBSimplifACompleEpandA DSolve@eqn, 8@tD, @td<, td@@1, 1DD ê. 9, Ia k M µ, 1ë, Ia k M µ=e, Ha RealsL && Hk RealsL && Hµ RealsLE, a t F @td A a t µ k µ CosB t µ F µ ν CosB t µ F + a k SinB t µ F + a ν SinB t µ F ì Ik + a ν k ν + ν M IA µ I k µ Cos@t νd + µ ν Cos@t νd a µ ν Sin@t νdmmë Ik + a ν k ν + ν M Itt a második tag n körfrekvenciájú, míg az első a homogén egenlet eg megoldása. A rezonancia jelensége itt is megfigelhető, ha a gerjesztés körfrekvenciája azonos a rendszer sajátkörfrekvenciájával, azaz mê = n. Az inhomogén egenlet megoldásai adott kezdeti értékekre Hk = 1, A=1, n = L : 3 H0L=0 H0L=3 6 H0L=0 H0L=6 1-1 0 30 0 0 60 t - 0 30 0 0 60 t 80, 3< 80, 6< 3 6 1-3 - -1 1 3-1 -6 - - 6 - - -3 - -6 7. ábra Az inhomogén egenlet általános megoldása itt is a homogén egenlet általános és az inhomogén egenlet eg partikuláris megoldásának összege. Az inhomogén egenlet partikuláris megoldása függ a külső hatás amplitúdójától

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 6 a csillapítatlan esethez hasonló módon Ha = 0., k = 1, H0L = H0L = 0L. A=1. 0 30 0 0 60 t - - A=1. 0 30 0 0 60 t - 8. ábra A=. 0 30 0 0 60 t A hintázással kapcsolatosan megállapíthatjuk hog mivel mindig fennáll csillapítás, bármilen periodikus kis amlitúdójú hintáztatás esetén a hinta periodikusan mozog. Rezonancia lép fel, ha m/ = n, de ez nem veszéles (kis amplitúdó mellett, mivel a lengés korlátos marad), csupán a leghatékonabb hintázást biztosítja. Interaktív illusztráció A következő interaktív vizsgálat az inhomogén egenlet tetszőleges partikuláris megoldásának különböző paraméterektől való függését szemlélteti. á Javasolt beállítások m ê = n rezonancia körül: a = 0.1, n = 0.9987, k = 1, a többi értéket tetszés szerint változtatjuk.

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 7-0 0 10 00 t - - Csillapítás 0. Külső hatás körfrekvenciája 0.9987 Külső hatás amplitúdója 3 Rugalmasságiegüttható Hk L 1 Kezdeti kitérés 0 Kezdeti sebesség 1 Kicsinítés. Idő 198.

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 8 ã Fékezett nemlineáris matematikai inga A nemlineáris, csillapított nemlineáris matematikai inga egenletét egészítsük ki eg a rendszerre ható, külső periodikus erővel: '= '=-a -k sin + A cosnt. () Kis kezdeti értékek esetén a mozgás a megfelelő matematikai ingáénak a perturbációja és a Melléklet 6. tétele szerint létezik n körfrekvenciájú periodikus mozgás. Ennek következméne a hintázásra hasonló ahhoz, amit a matematikai inga esetén mondtunk. A m/ = n esetben rezonancia, a mê ºn körüli értékek esetén pedig a lebegés figelhető meg. Túl nag kezdeti értékek esetén az inga mozgása kaotikussá válik [11] és [1]. Ezt a jelenséget Hatvani László vizsgálta az alábbi rendszeren: '= '= -0.1 - sinhl+ coshtl. A külső hatás túl nag amplitúdója, szintén ellenőrizhetetlen mozgást (átfordulásokat) eredménezhet. Interaktív illusztráció A lineáris és nemlineáris inga mozgásának összehasonlítása érdekében nézzük a következő animációt, mel mind a csillapított, mind a csillapítatlan esetet szemlélteti. Az animáció segítségével a fenti példát is megvizsgálhatjuk. A kezdeti kitérést zérusnak tekintve, a kezdeti sebességet pedig kis körnezetében változtatva a megoldás aszimpotikusan periodikus p-vel (a külső erő periódusával). A kezdeti értékek változtatásával megszámlálhatatlanul sok megjósolhatatlan viselkedésű, kaotikus megoldás létezik. Az animáció segítségével azt is láthajuk, hog a kitérés nemcsak a kezdeti értékektől, hanem a külső hatás körfrekvenciájától és amplitúdójától is függ. A nemlineáris matematikai inga kaotikus mozgását a barna színű grafikonok szemléltetik megfelelő paraméterek esetén. á Javasolt beállítások: a = 0.1, k = 1, n = 0.9987. Ebben az esetben m/ = n. Figeljük meg mi lesz, ha a n értéket változtatjuk m/ körül! a = 0.1, k = 1, A=1, n = 1, H0L=0, és H0L-ot változtassuk kis körnezetében. Ekkor Hatvani László katotikus ingájának vizualizációját

. Ingamozgás periodikus külső erő hatására 9 kapjuk. Lineáris inga Nemlineáris inga 0 0 30 0 0 60 t Csillapítás 0.1 Rugalmasságiegüttható Hk L 1 Külső hatás amplitúdója 1 Külső hatás körfrekvenciája 1 Kezdeti kitérés 0 Kezdeti sebesség Kicsinítés 9 Idő 9.