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Gedämpfte harmonische Schwingungen Gedämpfte harmonische Schwingungen FR = -b ds dt b = Dämpfungskonstante Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt b = Dämpfungskonstante Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b ds dt b = Dämpfungskonstante Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b exponentiell abnehmende Amplitude 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) mit wd = w02 - d2 Kreisfrequenz der gedämpften Schwingung Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt w02e-dt s^ coswdt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) mit wd = w02 - d2 Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) w02e-dt s^ coswdt -2d2e-dt ^s coswdt - 2dwde-dt ^s sinwdt mit wd = w02 - d2 Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds b = Dämpfungskonstante dt F = -Ds - b ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) w02e-dt s^ coswdt -2d2e-dt ^s coswdt - 2dwde-dt ^s sinwdt d2e-dt ^s cosw t + dw e-dt s^ sinw t + d d d mit wd = w02 - d2 Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) mit wd = w02 - d2 w02e-dt s^ coswdt -2d2e-dt ^s coswdt - 2dwde-dt ^s sinwdt d2e-dt ^s coswdt + dwde-dt s^ sinwdt + dwde-dt ^s sinwdt - wd2e-dt ^s coswdt Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) mit wd = w02 - d2 w02e-dt s^ coswdt -2d2e-dt ^s coswdt - 2dwde-dt ^s sinwdt d2e-dt ^s coswdt + dwde-dt s^ sinwdt + dwde-dt ^s sinwdt - wd2e-dt ^s coswdt Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds dt F = -Ds - b b = Dämpfungskonstante ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) w02e-dt s^ coswdt -2d2e-dt ^s coswdt d2e-dt ^s coswdt - wd2e-dt ^s coswdt mit wd = w02 - d2 Gedämpfte harmonische Schwingungen =v FR = -b ds b = Dämpfungskonstante dt F = -Ds - b ds dt D = w = Kreisfrequenz der ungedämpften Schwingung 0 m b 2m = d = Abklingkonstante d2 s ds + 2d + w02s = 0 2 dt dt mit wd = w02 -2d2 d2 s(t) = e-dt ^s cos(wdt-j0) - wd2 w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung d = w0: aperiodischer Grenzfall wd reell wd = 0 s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung d = w0: aperiodischer Grenzfall d > w0: starke Dämpfung wd reell wd = 0 wd imaginär s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. s t s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt s t s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) s um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. t s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) s um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. L = dTd: logarithmisches Dekrement t s(t) = e-dt ^s cos wdt mit wd = w02 - d2 d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. s t L = dTd: logarithmisches Dekrement Aus der Messung des logarithmischen Dekrementes L und der Schwingungsdauer Td lassen sich bei bekannter Masse die Parameter D und b des Systems bestimmen. d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. s t L = dTd: logarithmisches Dekrement Aus der Messung des logarithmischen Dekrementes L und der Schwingungsdauer Td lassen sich bei bekannter Masse die Parameter D und b des Systems bestimmen. b = 2md = 2mL/Td d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. s t L = dTd: logarithmisches Dekrement Aus der Messung des logarithmischen Dekrementes L und der Schwingungsdauer Td lassen sich bei bekannter Masse die Parameter D und b des Systems bestimmen. b = 2md = 2mL/Td w0 = wd2 + d2 = D/m d < w0: schwache Dämpfung wd reell wd < w0 Die Schwingungsdauer Td wird größer als im ungedämpften Fall. Exponentiell abnehmende Amplitude: Faktor e-dt Für jeden Zeitpunkt (Td + t ) ist die momentane Auslenkung s(Td + t ) s um den Faktor e-dTd kleiner als eine Periodendauer Td = 2p/wd zuvor. t L = dTd: logarithmisches Dekrement Aus der Messung des logarithmischen Dekrementes L und der Schwingungsdauer Td lassen sich bei bekannter Masse die Parameter D und b des Systems bestimmen. b = 2md = 2mL/Td w0 = wd2 + d2 = D/m D=m 4p2 + L2 Td2 d = w0: aperiodischer Grenzfall wd = 0 d = w0: aperiodischer Grenzfall einfachste Lösung s(t) = e-dt ^s wd = 0 d = w0: aperiodischer Grenzfall wd = 0 einfachste Lösung s(t) = e-dt ^s Anwendung: Vermeidung von Schwingungen d = w0: aperiodischer Grenzfall wd = 0 einfachste Lösung s(t) = e-dt ^s Anwendung: Vermeidung von Schwingungen d > w0: starke Dämpfung (Kriechfall) wd imaginär Wie beim aperiodischen Grenzfall fehlt auch bei der starken Dämpfung das wesentliche Kennzeichen einer Schwingung, nämlich die Reproduktion des vorhergehenden Zustands. d = w0: aperiodischer Grenzfall wd = 0 einfachste Lösung s(t) = e-dt ^s Anwendung: Vermeidung von Schwingungen d > w0: starke Dämpfung (Kriechfall) wd imaginär Wie beim aperiodischen Grenzfall fehlt auch bei der starken Dämpfung das wesentliche Kennzeichen einer Schwingung, nämlich die Reproduktion des vorhergehenden Zustands. Wegen der formalen Analogie zur schwach gedämpften Schwingung spricht man jedoch auch hier von einer (stark) gedämpften Schwingung. [2.20] Ein gedämpft schwingendes Federpendel mit der Federkonstante D = 1 N/m erreicht nacheinander die Amplituden 1,000 Skalenteile; 0,368 Skt; 0,135 Skt; ? Skt. Die Schwingungsdauer Td beträgt 1,00 s. Wie groß ist die Dämpfungskonstante b?