Μία παρουσίαση του συντηρητικού πεδίου δυνάμεων, “πίσω” από το μοντέλο του ιδανικού ελατηρίου.
Κατά την γνώμη μου αυτό το πεδίο πρέπει να έχουμε στο μυαλό μας όταν αναφερόμαστε στο μοντέλο του Απλού Αρμονικού Ταλαντωτή.
Εντελώς αχρείαστο στους μαθητές για τις εξετάσεις τους, αλλά χρήσιμο για να αποφεύγουμε να ορίζουμε παντού δυναμικές ενέργειες.
Το μοντέλο του ιδανικού ελατηρίου
Το μοντέλο του ιδανικού ελατηρίου
Εξαιρετική Στάθη!
Μια ερώτηση:
Γιατί “φυγόκεντρος” και όχι “φυγόκεντρος + Euler” ;
Ευχαριστώ Γιάννη,
η αλήθεια είναι ότι δεν το σκέφτηκα :). (Η τελευταία παρένθεση στην παρατήρηση [3] έπρεπε να γράφει φυγοκεντρος επιτάχυνση αντί για Euler)
Η Euler είναι όμως πάνω στον ακτινικό άξονα; Δεν είναι στην φορά του μοναδιαίου φ;
Ναι βέβαια η Euler είναι κάθετη στην επιβατική ακτίνα.
Είναι ίση με τη γωνιακή επιτάχυνση του μη αδρανειακού παρατηρητή επί την ακτίνα.
Πάντως καταλυτική η παρέμβασή σου.
Καλό μεσημέρι Στάθη και συγχαρητήρια για την παρούσα μελέτη σου.
Αν και έχουμε συνηθίσει να μας δίνεις συχνά μελέτες υψηλού θεωρητικού ενδιαφέροντος, η παρούσα έρχεται μετά από ένα διάστημα διαφωνιών, πάνω στο ζήτημα των συντηρητικών δυνάμεων και της δυναμικής ενέργειας.
Έτσι έρχεται για να γίνει φανερό σε όλους (ή τέλος πάντων όσων έχουν καλή διάθεση να ακούσουν…) ότι η δύναμη που οδηγεί σε ΑΑΤ, της μορφής F=-Dx, είναι μια δύναμη που συνδέεται με ένα συντηρητικό πεδίο δυνάμεων και απλά το ελατήριο “υλοποιεί” το πεδίο αυτό…
Και πάλι συγχαρητήρια.
Καλημέρα !
Στάθη σε ευχαριστούμε πολύ για την μελέτη – ανάλυση σου σε ένα θέμα που έχει το τελευταίο καιρό δημιουργήσει πολλές συζητήσεις και “τριβές” .
Αξίζει η μελέτη του αν και έχει τις δυσκολίες της λόγω θεωρητικών σημείων που έχουν μείνει στην άκρη όλα αυτά τα χρόνια .
Να είσαι καλά !
Γεια σου Στάθη. Ενδιαφέρουσα μελέτη.
Το ότι η τροχιά είναι επίπεδη πλην των ειδικών αρχικών συνθηκών για την ταχύτητα που αναφέρεις για τις οποίες είναι ευθύγραμμη, ως προς αδρανειακό σύστημα αναφοράς, ισχύει γενικότερα για όλες τις κεντρικές δυνάμεις ( που έχουν τη διεύθυνση του διανύσματος θέσης ,r, με αρχή το ακίνητο κέντρο Ο και η τιμή τους είναι συνάρτηση του μέτρου του r) . Πάντως όλες οι κεντρικές δυνάμεις προέρχονται πάντοτε από δυναμική ενέργεια U=U(r) και το ολοκλήρωμα της ενέργειας γράφεται τότε E = Κ+U(r) =σταθερό και η σταθερά Ε προσδιορίζεται από τις αρχικές συνθήκες.
Η κίνηση είναι ευθύγραμμη ως προς το μη αδρανειακό σύστημα αναφοράς που ορίζεται κατάλληλα. Τότε «εμφανίζονται» και υποθετικές, όπως αποκαλούνται, δυνάμεις όπως η φυγόκεντρος. Αλλάζει ριζικά η μαθηματική περιγραφή της κίνησης γιατί στο αδρανειακό σύστημα είναι γενικά επίπεδη ενώ στο μη αδρανειακό ευθύγραμμη!!
Κανείς δεν ισχυρίστηκε ότι όλες οι δυνάμεις είναι συντηρητικές οπότε “ορίζουμε παντού δυναμικές ενέργειες” ! Αλλού είναι το θέμα που έχει ανακύψει εδώ. Αν η μαθηματική περιγραφή της κίνησης που δημοσιεύεις και συγκεκριμένα η ενεργειακή περιγραφή της εξαρτάται από το αίτιο το οποίο ασκεί τη δύναμη ή μόνο από τη μαθηματική έκφραση της δύναμης! Αν την ίδια μαθηματικά δύναμη την ασκούσε άλλο σώμα για παράδειγμα ένα ρομπότ και επρόκειτο για δύναμη “επαφής” θα άλλαζε κάτι στην μαθηματική περιγραφή της κίνησης του υλικού σημείου εν γένει και ιδιαίτερα την ενεργειακή;;; Αν ναι ποια θα ήταν η διαφοροποίηση;
Διονύση και Κώστα ευχαριστώ για το σχόλιο.
Γιάννη σου χρωστάω μία πιο αναλυτική εξήγηση:
Η εξίσωση (21) αναφέρεται στον ακτινικό άξονα μόνον. Η επιτάχυσνη Euler θα μπορούσε να υπολογιστεί αν βρεθούν οι λύσεις ξ(t) για την παραμόρφωση μέσω της (21), υπολογίσουμε την χρονική παράγωγο της (20), δηλαδή την γωνιακή επιτάχυνση αγ,και στην συνέχεια υπολογίσουμε το εξωτερικό γινόμενο του διανύσματος θέσης l0+ξ(t) με την αγ. Το τελικό διάνυσμα είναι στην διεύθυνση της γωνίας φ (κάθετο στον ακτινικό άξονα). Η αλήθεια είναι ότι αγνόησα τα παραπάνω, εστιάζοντας μόνον στον ακτινικό άξονα. Δεν επηρεάζουν το αποτέλεσμα.
Προφανώς δεν επηρεάζουν ούτε το αποτέλεσμα, ούτε την ποιότητα της μελέτης.
Καλησπέρα Γιώργο
Διαφωνούμε στο εξής: Αν την ίδια μαθηματικά δύναμη την ασκούσε ένας μηχανισμός, δεν υπάρχει φυσικό νόημα στην δυναμική ενέργεια για να την ορίσεις. Κατά την γνώμη μου μπερδεύεις το μοντέλο με την πραγματικότητα. Η κίνηση του υλικού σημείου (όπως γράφεις με έντονη γραμματοσειρά), δεν είναι το φαινόμενο, άρα δεν δινει σωστή ενεργειακή περιγραφή.
Οπότε για να μην μιλάμε με γενικότητες. Στην εξαναγκασμένη ταλάντωση μπορείς να ορίσεις την δυναμική ενέργεια μέσω της ΣF, χωρίς να αναφερθείς στις εξισώσεις της κίνησης; Αν όχι, τότε δεν έχει νόημα η συζήτηση, θα κάνουμε συνεχώς κύκλους.
Γεια σου Στάθη. Για την μαθηματική περιγραφή της κίνησης υλικού σημείου ή στερεού (π.χ. ράβδου) σε μεταφορική κίνηση , υπάρχουν δύο δυνατότητες: Η πρώτη είναι να επικεντρωθούμε σε αυτό καθεαυτό το υλικό σημείο και τις δυνάμεις που ενεργούν σε αυτό, συγκεκριμένα στη μαθηματική τους έκφραση, «αδιαφορώντας» για τα άλλα σώματα με τα οποία αλληλεπιδρά λαμβάνοντας υπόψη και τις αρχικές συνθήκες. Η άλλη είναι να στρέψουμε την προσοχή μας και στα άλλα σώματα με τα οποία αλληλοεπιδρά , δηλαδή να θεωρηθεί μέλος ενός συστήματος. Η μία μαθηματική περιγραφή δεν αναιρεί την άλλη ! Είναι συμπληρωματικές! Η έννοια του υλικού σημείου και η πλήρης περιγραφή της κίνησής του αν γνωρίζουμε τις δυνάμεις- τη μαθηματική τους έκφραση- που ενεργούν σε αυτό και τις αρχικές συνθήκες, λύνοντας διαφορικές εξισώσεις, την πεμπτουσία της Νευτώνειας Μηχανικής, την θεωρείς ότι είναι μια Φυσική Θεωρία εκτός πραγματικότητας;;; Υπάρχει πουθενά αναφορά στο ποιο σώμα ασκεί τη κάθε δύναμη στη συγκεκριμένη μαθηματική περιγραφή , ως παράγοντας που θα επηρεάσει το πως θα κινηθεί το σώμα ;;; Στη θεμελίωση της δυναμικής ενέργειας στα Πανεπιστημιακά βιβλία Θεωρητικής Μηχανικής υπάρχει διάκριση των δυνάμεων σε “πεδιακές και μη πεδιακές” ;;; Ή αναφέρονται μόνο στη μαθηματική τους έκφραση;;; Εμείς τηρούμε αυτές τις γενικές αρχές ή κάνουμε ότι θέλουμε; Μπορείς να ορίσεις με σαφήνεια και ακρίβεια το περιέχομενο των όρων “πεδιακές” και ” μη πεδιακές ” δυνάμεις;; Αν όχι για μένα , κάντο για όσους μας παρακολουθούν. Για τη φυσική σημασία: Ο Feynman θεωρούσε τις ονομασίες των φυσικών μεγεθών, Νόμων και τις φυσικές σημασίες τους δευτερεύοντα έως ασήμαντα θέματα . Έχουν να κάνουν με τη γλώσσα επικοινωνίας των ανθρώπων και όχι με τη γλώσσα της Φυσικής που είναι τα Μαθηματικά!! Το ουσιώδες για αυτόν ήταν ο μαθηματικός ορισμός των μεγεθών αυτών και η δι’ αυτών των μεγεθών μαθηματική διατύπωση των Φυσικών Νόμων! Το σημαντικότερο γι αυτόν ήταν ότι τα φυσικά μεγέθη είναι μετρήσιμες ποσότητες γεγονός που επιτρέπει την πειραματική επιβεβαίωση ή διάψευση διαφόρων υποθέσεων! Και η Θεωρητική Μηχανική είναι πολλαπλά πειραματικά επιβεβαιωμένη Θεωρία τα τελευταία 200 και πλέον χρόνια!!!
Καλησπέρα Γιώργο.
Όσο και να μην θέλω να μπω σε μια ακόμη αντιπαράθεση, το τελευταίο σου σχόλιο, κάτω από μια σπουδαία ανάρτηση του Στάθη, δεν μου επιτρέπει να μείνω απαθής.
Ο τόνος, η επιθετικότητα, το όλο πνεύμα, θυμίζει πολεμική και όχι ανταλλαγή θέσεων με σεβασμό στο έργο του άλλου. Γράφεις Γιώργο:
“Στη θεμελίωση της δυναμικής ενέργειας στα Πανεπιστημιακά βιβλία Θεωρητικής Μηχανικής υπάρχει διάκριση των δυνάμεων σε “πεδιακές και μη πεδιακές” ;;; Ή αναφέρονται μόνο στη μαθηματική τους έκφραση;;; “
Ξέρεις σε ποιον τα γράφεις αυτά Γιώργο;
Ο Στάθης έχει διδακτορικό θεωρητικής Φυσικής και του λες … έλα να σου δείξω τι διάβασα σε ένα βιβλίο…
Αλλά επειδή επαναφέρεις ένα θέμα, θα επαναφέρω και γω ένα ερώτημα που αιωρείται μέρες τώρα, χωρίς να παίρνω απάντηση:
Γιώργο, ο αείμνηστος Χατζηδημητρίου έγραψε (και συ μας μετέφερες), ότι:
” αν σε μονοδιάστατη κίνηση υλικού σημείου σε άξονα x’x ενεργούν δυνάμεις που εξαρτώνται μόνο από τη θέση ,δηλαδή η αλγεβρική τιμή τους δίνεται από τη σχέση F=F(x) τότε αυτές οι δυνάμεις προέρχονται από δυναμική ενέργεια, με συνέπεια να διατηρείται σταθερή η μηχανική ενέργεια του υλικού σημείου!!!”
Τι σημαίνει η φράση “δυνάμεις που εξαρτώνται μόνο από τη θέση ,” ;
Αν σου πω ότι οι δυνάμεις αυτές είναι “πεδιακές”, τι θα έλεγες;
Απάντησε επιτέλους, τι γράφει ο Χατζηδημητρίου για τη δύναμη F=-Dx. Γιατί της αποδίδει δυναμική ενέργεια;
Τι λες, μήπως ήρθε η ώρα να δώσεις μια απάντηση; Τόσες μέρες το… σκέφτεσαι…
Καλησπέρα Στάθη.
Άλλη μια εξαιρετική δουλειά σου!
Συγχαρητήρια, αξίζει τον κόπο η ενασχόληση μαζί της.
Διονύση, ευχαριστώ για τα καλά σου λόγια, αλλά ας μην γίνει αντιπαράθεση πτυχίων η παρούσα ανάρτηση (σε γνωρίζω αρκετά για να ξέρω πολύ καλά ότι δεν είναι αυτήν η πρόθεση σου). Απλά το τονίζω γενικά.
Ο Γιώργος έχει την άποψη του, με την οποία διαφωνώ. Προσωπικά δεν έχω να πω κάτι παραπάνω, κάτι που δεν έχει ήδη ειπωθεί.
Άρη καλησπέρα, σε ευχαριστώ πολύ.
Ας δούμε κάτι απ’ όσα έκανε ο Στάθης:
Πέραν των δυναμικών γραμμών, αποτυπώνει με χρώματα τις ισοδυναμικές επιφάνειες.
Λόγου χάριν στα σημεία Α και Β που βρίσκονται σε διαφορετικές κίτρινες σφαίρες ένα σώμα έχει ίδια δυναμική ενέργεια.
Το έργο από το Α στο Β είναι μηδέν όπως και αν πάει το σώμα, όποια τροχιά και να ακολουθήσει, όποιες άλλες δυνάμεις και να δέχεται.
Γράφει ο Στάθης ότι ορίζεται δυναμική ενέργεια χωρίς αναφορά σε εξισώσεις κίνησης.
(Οι υπογραμμίσεις δικές του).