A rezgések dinamikai vizsgálata, a rezgések kialakulásának feltételei

Hasonló dokumentumok
Hullámtan. A hullám fogalma. A hullámok osztályozása.

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Rezgések. x(t) x(t) TÓTH A.: Rezgések/1 (kibővített óravázlat) 1

Harmonikus rezgőmozgás

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Mechanika I-II. Példatár

Rezgések és hullámok

Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

Rezgőmozgás, lengőmozgás

Szent István Egyetem Fizika és folyamatirányítási Tanszék FIZIKA. rezgések egydimenziós hullám hangok fizikája. Dr. Seres István

Az elméleti mechanika alapjai

A harmonikus rezgőmozgás

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

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

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

Mechanikai rezgések = 1 (1)

Hullámtan. Hullám Valamilyen közeg kis tartományában keltett, a közegben tovaterjedő zavar.

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

KÖRMOZGÁS, REZGŐMOZGÁS, FORGÓMOZGÁS

4. Lineáris csillapítatlan szabad rezgés. Lineáris csillapított szabad rezgés. Gyenge csillapítás. Ger-jesztett rezgés. Amplitúdó rezonancia.

Az alábbi fogalmak és törvények jelentését/értelmezését/matematikai alakját (megfelelő mélységben) ismerni kell: Newtoni mechanika

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

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

Egyszerű áramkörök árama, feszültsége, teljesítménye

Fizika I. Dr. Gugolya Zoltán egyetemi adjunktus. Pannon Egyetem Fizika Intézet N. ép. II. em szoba

Rugalmas megtámasztású merev test támaszreakcióinak meghatározása I. rész

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

körsugár kapcsolata: 4 s R 8 m. Az egyenletből a B test pályakörének sugara:

3. 1 dimenziós mozgások, fázistér

Oktatási Hivatal. A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

Mechanikai munka, energia, teljesítmény (Vázlat)

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

Kifejtendő kérdések december 11. Gyakorló feladatok

Diagnosztika Rezgéstani alapok. A szinusz függvény. 3π 2

Bevezető fizika (infó), 3. feladatsor Dinamika 2. és Statika

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Mérési útmutató Az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező meghatározása Az Elektrotechnika c. tárgy 7. sz. laboratóriumi gyakorlatához

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Irányításelmélet és technika I.

Hullámtan és optika. Rezgések és hullámok; hangtan Rezgéstan Hullámtan Optika Geometriai optika Hullámoptika

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

Mechanikai rezgések, rezonancia

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

Az éjszakai rovarok repüléséről

REZGÉSTAN GYAKORLAT Kidolgozta: Dr. Nagy Zoltán egyetemi adjunktus

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

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

A szinuszosan váltakozó feszültség és áram

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

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

Harmonikus rezgések összetevése és felbontása

A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

A 2009/2010. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. II. kategória

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

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

4. Ingamozgás periodikus külső erő hatására

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

λx f 1 (x) e λx f 2 (x) λe λx f 2 (x) + e λx f 2(x) e λx f 2 (x) Hasonlóan általában is elérhető sorműveletekkel, hogy csak f (j)

Oszcillátorok. Párhuzamos rezgőkör L C Miért rezeg a rezgőkör?

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

Állóhullámok megfeszített, rugalmas húrban

AZ INSTACIONER HŐVEZETÉS ÉPÜLETSZERKEZETEKBEN. várfalvi.

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Dinamika. p = mυ = F t vagy. = t

5. Pontrendszerek mechanikája. A kontinuumok Euler-féle leírása. Tömegmérleg. Bernoulli-egyenlet. Hidrosztatika. Felhajtóerő és Arhimédesz törvénye.

ELMÉLET REZGÉSEK, HULLÁMOK. Készítette: Porkoláb Tamás

Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

2.1. Másodrendű homogén lineáris differenciálegyenletek. A megfelelő másodrendű homogén lineáris differenciálegyenlet általános alakja

a) Az első esetben emelési és súrlódási munkát kell végeznünk: d A

Kényszerrezgések, rezonancia

Munka, energia Munkatétel, a mechanikai energia megmaradása

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Werner Miklós Antal május Harmonikusan rezgő tömegpont. 2. Anharmonikus rezgések harmonikus közelítése Elmélet...

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

0.1. Lineáris rendszer definíciója

Egyszabadságfokú grejesztett csillapított lengõrendszer vizsgálata

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

a) Valódi tekercs b) Kondenzátor c) Ohmos ellenállás d) RLC vegyes kapcsolása

Gépészmérnöki alapszak Mérnöki fizika ZH NÉV: október 18. Neptun kód:...

Fizika II minimumkérdések. A zárójelben lévő értékeket nem kötelező memorizálni, azok csak tájékoztató jellegűek.

3. Fékezett ingamozgás

Gyakorlat anyag. Veszely. February 13, Figure 1: Koaxiális kábel

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 3. hét

Explicit hibabecslés Maxwell-egyenletek numerikus megoldásához

A földrengéshullámok műszeres megfigyelése

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Oktatási Hivatal FIZIKA I. KATEGÓRIA. A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló. Javítási-értékelési útmutató

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

L 4πd 2 1 L 4πd 2 2. km 3,5. P max = P min = Az 5 naptömegű bolygó esetén ez alapján a zóna belső és külső határai (d 1 és d 2): 2.

Az egyenes vonalú egyenletes mozgás

A hang mint mechanikai hullám

Mechanika. Kinematika

Átírás:

A rezgések dinaikai vizsgálata a rezgések kialakulásának feltételei F e F Rezgés kialakulásához szükséges: Mozgásegyenlet: & F( & t kezdeti feltételek: ( v t & v( t & ( t Ha F F( akkor az erőtér konzervatív. e egyensúlyi helyzet egléte azaz olyan e pont(ok létezése elyre F(. e e egyensúlyi helyzet stabilitása vagyis az erő egyensúlyi helyzet környezetében az egyensúlyi helyet felé utat. Helyzeti energia: U ( F( ξ dξ e F( U '( A echanikai energia egarad: du d A potenciális energiával egfogalazva: Rezgés akkor jön létre ha U(-nek (lokális iniua van K + U v + U ( E Ez a t t kor is igaz így a teljes energiát a kezdeti feltételek eghatározzák: E K + U v + U ( Haronikus rezgés dinaikus leírása F( Mozgásegyenlet: && U ( & &+ ω a haronikus rezgés differenciálegyenlete ω ( t Asin( + α Az A és α állandókat a kezdeti feltételek határozzák eg.

A olekulákat összetartó erők és potenciális energiájuk Az egyensúlyi helyzet körüli kis kitérésekre az erő egyenessel a potenciális energia parabolával közelíthető. Ezért kis kitérésekre a rezgés jó közelítéssel haronikus rezgés Nagyobb kitérésekre anharonikus rezgés alakul ki. Rezgések létrejöttének dinaikai szeléltetése Erő F [N] du 6 F( U '( d 3 [c] 6 A ozgás tartoánya A forduló pontoknál K Ezért itt E K + U U U( E Helyzeti (potenciális energia U [J] 6 E K + U U ( F( ξ dξ e Szeléltetés n_har-rez-.avi [:5] n_har-rez-.avi [:5] n_har-rez-3.avi [:5] U K 3 [c] Kísérlet Pohl-féle készülék nehezékkel ellátva [:]

Anharonikus rezgések szeléltetése forgási rezgésekkel U ( ϕ ϕ + g R(cosϕ M U ( ϕ ϕ + gr sin ϕ Mozgásegyenlet: Θϕ && ϕ + gr sin ϕ parabolával közelíthető parabolával közelíthető U( ϕ U( ϕ + U ( ϕ( ϕ ϕ + U ( ϕ( ϕ ϕ U ( ϕ U( ϕ U( ϕ + U ( ϕ( ϕ ϕ

A súrlódás hatására csillapodó rezgés alakul ki. U( U( és két egyást követő fordulópont. Munkatétel: v A súrlódási erő unkája indig negatív: v W v & és v & W F + W S A rugalas erő unkája kifejezhető U(-l: U U ( W S W F < ( W S W F U ( U ( < U ( < U ( A aiális kitérés csökken az idővel csillapodás lép fel. Szeléltetés Csill-rez_kicskocsi_rövid.avi [:9] < CsillRez-Pohl_rövid.avi [:] A sebességgel arányos csillapító erő A töegpontra ható erők: Mozgásegyenlet: & F + FS k& Az egyenlet egoldásainak típusai β < ω ( t Ae sin( + α ahol esetén csillapodó rezgés ω ω β Az A és α állandókat a kezdeti feltételek határozzák eg. F rugalas erő && + β& + ω A A/ A/e F S ahol k& súrlódási erő ω és A csillapodásra jellező: τ csillapodási idő β k β Átírható a következő alakba is: ( t c e cos + c e sin A/ τ τ 3τ τ 5τ t β > ω β ω esetén aperiodikus ozgás esetén aperiodikus határeset λt λ t ( t c e + c e λ β ± β ω ( t c e + c te. <

A csillapodó rezgés tulajdonságai és jellező ennyiségei A csillapodás értékét a β T csillapítási állandó és a τ A /β csillapodási idő jellezi. T/ A aiális kitérések és a burkoló érintési helyei T/ időközönként követik egyást. Az egyensúlyi helyzeten T/ időnként halad át. Az egyensúlyi helyzetből a aiuig azonban T/-nél rövidebb a aiutól a egyensúlyi helyzetig T/-nél hosszabb idő telik el. 3 5 k + τ Ae 3 5 τ Ae T ( t Ae sin( + α T 6 T T π ω A szoszédos azonos oldali aiális kitérések hányadosa állandó. Ez a K hányados a csillapodási hányados: 3 k k K K és K K T/ T/ k + t Logaritikus dekreentu: K 3 ( t ( t + T Ae Ae β β( t + T Λ ln K t sin( + α sin[ ω( t + T + α] T e β Λ βt Kényszerrezgés rezonancia A rezgő rendszerre rugalas erőn és a sebességgel arányos súrlódási erőn kívül ég egy külső zavaró periodikus erő is hat: F k& F sin. Mozgásegyenlet: & F + F S + FG Kísérleti szeléltetés Töeg-rugó rendszer Pohl-féle készülék Ingák Az egyenlet egoldása: ( t Asin( δ + ( t A k& + F sin cs a ( ω ω + β ω rugalas erő F S &&+ β& + ω a sin ω súrlódási erő k β F G és ahol Kény-rez_Pohl_rövid.avi [:5] gerjesztő erő F a Kény-rez_ingák_rövid.avi [:57] A csillapodó rezgés differenciálegyenletének egoldása bizonyos idő után elhanyagolható (tranziens jelenségek. Állandósult rezgés kényszerrezgés frekvenciája egegyezik a gerjesztés frekvenciájával! Az aplitúdó és a fáziskésés függ a gerjesztés frekvenciájától βω tg δ ω ω

A egoldás eghatározása forgó vektorokkal Ha ( t Asin( δ akkor & ( t Aω cos( δ Aω sin( δ + π & & ( t Aω sin( δ Aω sin( δ + π Az & & + β& + ω a sin egyenlet azt fejezi ki hogy a bal oldalán álló haronikus rezgések összege a jobb oldalon látható haronikus rezgés. A rezgések összeadását szeléltető forgó vektorok a következők: tg δ βωa Aω Aω δ ω A a ω A βωa Pitagorasz-tétel: a ( Aω Aω + (βωa A βω tg δ ω ω a ( ω ω + β ω Rezonanciagörbe A [F /] 8 6 Ha Ω ω ω A Q 5 és F ( Ω ω Q β + ( Ω Q Q Q 5 Q jósági tényező ennyiségeket bevezetjük akkor egyszerű száolással: δ [rad] Ω tgδ Q Ω Q Q Q 9.5..5..5. Ω ω/ω.5. Ω ω/ω A rezonanciagörbének Q nagyobb értékeire éles aiua van az ω ω helyen! Ez a rezonancia jelensége ekkor aiális a kialakult kényszerrezgés aplitúdója. Rezonancia akkor lép fel ha gerjesztés frekvenciája egegyezik a rezgő rendszer sajátfrekvenciájával (ω ω. π π 5.9.5.

Rezonancia katasztrófa Az előző kísérletek és a száolás is azt utatja hogy rezonancia esetén ég az igen kicsi gerjesztés is igen nagy aplitúdójú rezgésekre kényszerítheti a rendszert. Ezt a jelenséget épületek hidak és járűvek (stb tervezésénél figyelebe kell venni! Ilyen külső gerjesztő hatásként léphetnek fel például a szél következtében periodikusan leváló örvények földrengés során a talaj rezgései stb. Tacoa-híd [3:5] A kényszerrezgések fontosabb alkalazásai igen kicsi hatások kiutatása (pl. Eötvös-effektus rezgések frekvenciájának eghatározása (pl. nyelves frekvenciaérő sajátrezgések kiutatása és sajátfrekvenciák eghatározása rezgések regisztrálása földrengések regisztrálása (szeizográf (stb. Csatolt rezgések Kísérlet kiskocsikkal ( [:37] k O O Hogyan agyarázhatjuk a bonyolult ozgást? Mozgásegyenletek && && k( k( Kísérlet kettős-ingával [:] Ekkor a jelenség tanulányozása egyszerűbb ivel a két csatolt rezgő rendszer teljesen azonos a csatolás gyengébb. Szeléltetés Azonos fázisú sajátrezgés Ellentétes fázisú sajátrezgés a ozgásegyenletek egyszerűsödnek A kísérlet értelezése Az ingák ozgása lebegés! Ez azt utatja hogy egyszerre végeznek két különböző de közeli frekvenciájú haronikus rezgést hiszen a lebegés két ilyen rezgés összege. A kezdeti feltételek egfelelő egválasztásával elérhetjük hogy a két rezgés közül csak az egyik utatkozzon eg.

A ozgásegyenletek egoldása azonos oszcillátorok esetén && && k( k( ( && + & ( && & + k( + k( && + & ( + + k && & ( & & + ω ahol + & & + ω ahol és és ω ω + k ( t A sin( + α ( t A sin( + α és az u.n. norál koordináták ( + ( A A ( t sin( + α + sin( + α A A ( t sin( + α sin( + α Tehát a töegpontok ozgása két haronikus rezgés összege. Ha a csatolás gyenge ( k «akkor a két frekvencia közeli így lebegés jön létre. Hogyan érhetjük el hogy a ozgásban csak az egyik rezgés jelenjen eg? A -hez vagy -höz tartozó rezgés eltűnéséhez nyílván A vagy A szükséges. A esetén csak az ω körfrekvenciájú rezgés van jelen. ( ( ( ( ( A & ( & ( & ( v ( v( ( t ( A sin( + α ( t ( A sin( + α Azaz indkét töegpont ω körfrekvenciájú vagyis azonos frekvenciájú haronikus rezgést végez és a rezgések fázisa egegyezik! A esetén viszont csak az ω körfrekvenciájú rezgés jelenik eg! A ( ( + ( & ( & ( + & ( ( ( v( v( ( t ( A sin( + α ( t ( A sin( + α Azaz indkét töegpont ω körfrekvenciájú vagyis azonos frekvenciájú haronikus rezgést végez és a rezgések fázisa ellentétes! Sajátrezgések a rezgő rendszer azon rezgései ikor a rendszer inden tagja azonos frekvenciájú haronikus rezgést végez azonos vagy ellentétes fázisban. A sajátrezgések frekvenciáit sajátfrekvenciáknak nevezik. Megutatható hogy általában egy f szabadági fokú rendszernek f darab sajátrezgése van. A rendszer általános ozgása a sajátrezgéseinek az összege (szuperpozíciója.

Ne azonos oszcillátorok esetén a ozgásegyenletet nehezebb egoldani azonban ekkor is egutatható hogy a töegpontok ozgása két haronikus rezgés összege ( t c A sin( + α + c A sin( + α ( t c A sin( + α + c A sin( + α A sajátfrekvenciák és a hozzájuk tartozó sajátrezgések ozgáshoz való hozzájárulását leíró c c c és c együtthatók eghatározása nehezebb. A sajátrezgések kísérleti szeléltetése kiskocsikkal (Pasco 5 kg: 39 c Mért adatok: k 373 N/ N/ 5 kg 7 kg V-scope Pasco sín 65 c k 59 N/ Száolt sajátkörfrekvenciák: ω 68 Hz (T 76 s ω 97 Hz (T 5 s Az együtthatók viszonya: c 3333 c c 57 c Azonos fázisú sajátrezgés ( Ellentétes fázisú sajátrezgés ( ( 3333 ( v( 3333 v( ( 57 ( v( 57 v( ( ± 8 c ( ± 6 c v ( v( ( ± 35 c ( 6 c v ( v( Belátható hogy a rezgő rendszer echanikai energiája a sajátrezgések energiáinak összege. haronikus rezgés energiája: E v + ( & + ω A vizsgált rendszer energiája E v + v + + + k ( esetén E & + & + + + k ( Az energiát egadó képletbeli ennyiségeket + ( + kifejezhetjük a norálkoordinátákkal: ( E [ ] [ ] & + + + + + & + & & + & & & & + & & & + & + + & + + + k + & + + + & [ & + ω ] + µ [ + ω ] E µ & + k & + f Általánosabban f szabadsági fokú rendszer esetén: E µ i ( & i + ωi i i

További példák és alkalazások csatolt rezgésekre Wilberforce-inga Paraéteres inga Rezgések csillapítása (hajók: Frah-féle tank felhőkarcolók