web analytics

Μια περίεργη περιοδική κίνηση σαν σύνθεση ταλαντώσεων.

Δημοσιεύτηκε από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 22 Νοέμβριος 2013 και ώρα 19:30

Ένα σώμα μάζας 0,5kg κινείται με εξίσωση κίνησης:

x= 0,1∙ημ(20πt+5π/3) +  0,1∙ημ(22πt)   (S.Ι.)

i) Να αποδείξετε ότι το σώμα εκτελεί μια περιοδική αλλά όχι αρμονική κίνηση, της οποίας να βρείτε τη συχνότητα.

ii) Να βρεθεί η χρονική στιγμή t1 που το «πλάτος» μηδενίζεται για πρώτη φορά, καθώς και η στιγμή t2 που μεγιστοποιείται επίσης για πρώτη φορά.

iii) Να βρεθεί η ταχύτητα του σώματος τη χρονική στιγμή t1=4/3s.

iv) Ποιος ο ρυθμός μεταβολής της…

Η συνέχεια στο Blogspot.

ή

 Μια περίεργη περιοδική κίνηση σαν σύνθεση ταλαντώσεων.

Μια περίεργη περιοδική κίνηση σαν σύνθεση ταλαντώσεων.

Loading

Subscribe
Ειδοποίηση για
16 Σχόλια
Υλικό 21
09/12/2016 7:06 ΜΜ

a5Σχόλιο από τον/την Θρασύβουλος Μαχαίρας στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 1:16

Ναι Γιάννη αυτό εννοώ

a5Σχόλιο από τον/την Θρασύβουλος Μαχαίρας στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 1:19

Βάλε το π σε ανάστημα λόγου και σε απλή μορφή δουλειάς . Τίποτε δε θα βγάλεις.

Έχει αξία μόνο η περιβάλλουσα..

Υλικό 21
09/12/2016 7:07 ΜΜ

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΣχόλιο από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 9:22

Καλημέρα  συνάδελφοι.

Βλέπω ότι συνεχίστηκε η συζήτηση βάζοντας και άρρητους στο παιχνίδι!!!

Είχα παραπάνω μιλήσει για "μαθηματικούς" Θρασύβουλε. Οπότε δεν μπορώ παρά να ρωτήσω.

Τι σημαίνει ότι μια κίνηση (ας πούμε έχω μια αρμονική ταλάντωση) είναι περιοδική;

Μιλάω, ως φυσικός και θα ήθελα μια απάντηση που να μπορώ να την εντάξω στο διδακτικό μου οπλοστάσιο. Δεν σημαίνει ότι επαναλαμβάνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα, τα οποία και θα υπάρχει τρόπος μέτρησης της περιόδου; Αυτή τη περίοδο, που με κάποιο όργανο θα μετρήσω, θα την βρω άρρητη; Μπορείς να μου δώσεις ένα παράδειγμα;

Προσωπικά νομίζω ότι θα μετρήσω 3,1Ηz ή 3,14Hz ή 3,145Hz. Ποτέ δεν θα βρω άρρητη τιμή.

Και ερχόμαστε τώρα στη σύνθεση ταλαντώσεων. Τι ακριβώς διδάσκουμε ή τι θα ήθελες εσύ να διδάξουμε;

1) Ανέφερα παραπάνω, την περίπτωση που στο τύμπανο του αυτιού μας πέφτουν δύο αρμονικοί ήχοι με παραπλήσιες συχνότητες και ποιο θα είναι το αποτέλεσμα της συμβολής τους.

Ακόμα και ο όρος που χρησιμοποιούμε, "διακρότημα" παραπέμπει σε "κρότο", σε ήχο.

Είναι αυτό υπαρκτό φυσικό φαινόμενο ή μήπως όχι;

2) Γιατί διδάσκουμε τη σύνθεση; Μήπως επειδή δεν μπορούμε να διδάξουμε την ανάλυση Fourier;

Για μένα, ένας σπουδαίος λόγος (μεταξύ πολλών άλλων) για τον οποίο διδάσκουμε την ΑΑΤ, είναι διότι κάθε περιοδική, αλλά όχι αρμονική κίνηση, μπορεί να ΑΝΑΛΥΘΕΙ, σε πεπερασμένο ή άπειρο πλήθος αρμονικών ταλαντώσεων, απλών.

Αυτό δηλαδή που έχει ουσιαστική αξία είναι αν μου δώσουν μια κυματομορφή, με συγκεκριμένη μορφή, η οποία θα παρουσιάζει μια περιοδικότητα (αυτό που διδάσκουμε και λέμε περίοδο διακροτήματος), τότε θα μπορούσαμε να την μελετήσουμε θεωρώντας ότι προέρχεται σαν αποτέλεσμα σύνθεσης δύο αρμονικών ταλαντώσεων. Στην παραπάνω ανάρτηση εφάρμοσα αυτή τη λογική για να υπολογίσω την ταχύτητα ορισμένη χρονική στιγμή, ακόμη και αν δεν γνωρίζω να παραγωγίζω.

Θα έπρεπε να διδάσκεται κάτι τέτοιο με τον α ή β τρόπο, ή δεν θα έπρεπε να υπάρχει στην διδακτέα ύλη;

Υλικό 21
09/12/2016 7:08 ΜΜ

a5Σχόλιο από τον/την Θρασύβουλος Μαχαίρας στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 10:36

Διονύση σκέφτομαι ότι με τις μαθηματικούρες μου κινδυνεύω να χαλάσω μια θαυμάσια άσκηση.

Και είναι μεγάλο κρίμα. Έχεις δίκιο να διαμαρτύεσαι.

Σε αυτά που λες συμφωνώ και για του λόγου το ασφαλές σου στέλνω κάποια κομμάτια από το βιβλίο μου "Θέματα Φυσικής"

Το πρώτο αφορά ένα ένθετο που αναφέρεται στον εξαναγκασμένο χωρίς απόσβεση που είναι η καλύτερη περίπτωση επαλληλίας εξισώσεων ταλάντωσης που έχει το σχολικό

Το δεύτερο είναι η παρατήρηση 15 που αφορά κλασικά πια τη σύνθεση.

https://drive.google.com/file/d/0B9SZTt6k1bMbN01xTTk4OUxNcEU/edit?u

https://drive.google.com/file/d/0B9SZTt6k1bMbdFQ1S1RCa0N5MnM/edit?u

Γιάννη, Βαγγέλη με το ασύμμετρο λόγο εννοώ ότι αν οι συχνότητες δεν έχουν λόγο ρητό, τότε δε μπορεί να βρεθεί ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο και συνεπώς το φαινόμενο δε μπορεί να είναι περιοδικό. Αυτό θα είναι κάτι που θα μας οδηγήσει στην προσέγγιση.

Δίνω δύο συνδέσμους παραπάνω για να γίνω πιο κατανοητός..

Αλλά νομίζω ότι το παραέκανα σχολαστικό το πράγμα και είναι κρίμα να πληρώσει μια θαυμάσια άσκηση τις μαθηματικές εμμονές μου

 

Υλικό 21
09/12/2016 7:08 ΜΜ

 

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΣχόλιο από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 10:41

Καλημέρα Θρασύβουλε.

Τα κείμενα που μου στέλνεις (και σε ευχαριστώ γι' αυτό) μου είναι γνωστά από το βιβλίο σου. Ευρισκόμενος όμως αυτή τη στιγμή στο Άστρος, δεν το έχω μαζί μου, αλλά διαβάζοντας τώρα τις παραπομπές σου, διαπίστωσα, ότι, "καλά θυμόμουν"!

Αν πρόσεξες στη παραπάνω άσκηση τον όρο "πλάτος" τον έχω σε εισαγωγικά χωρίς βέβαια να το επεξηγώ, αφού η άσκηση απευθύνεται και σε μαθητές. Προφανώς δεν υπάρχει πλάτος, αλλά περιβάλλουσα.

Και για να πω όλη την αλήθεια.

Μέχρι πριν ένα χρόνο (εύκολο το γιατί…), όταν δίδασκα στην τάξη φθίνουσες, έκανα μια "μαθηματική παρένθεση" εξηγώντας την περιβάλλουσα και τη συνάρτηση στην περίπτωση του γινομένου. Όταν στη συνέχεια έφτανα εδώ, ρωτούσα:

Μπορείτε να μου πείτε πώς μπορούμε να κάνουμε τη γραφική παράσταση; Σας θυμίζει κάτι που είχαμε πει;

Η αλήθεια είναι ότι ελάχιστοι καλοί μαθητές το συνέδεαν. Αλλά, ήταν μια δεύτερη ευκαιρία να ξαναπώ για την περιβάλλουσα η οποία περικλείει την καμπύλη λέγοντας παράλληλα, ότι αυτόν τον όρο στα πλαίσια του μαθήματος θα τον αποκαλούμε πλάτος.

Αν και, δεν το είχαν διδαχτεί έτσι στα φροντιστήρια, είχα την εντύπωση ότι τους άρεσε. Το καταλάβαιναν, τους ερμήνευε τη μορφή, κρατώντας τους μέσα στο παιχνίδι που ξέρανε.

Η μορφή όπως την είχε χαράξει το βιβλίο, τους ήταν έτσι και αλλιώς αυθαίρετη.

Αλλά εδώ τώρα δεν απευθύνομαι στους 15 μαθητές μου, που τους έχω πει όλα αυτά…

Υλικό 21
09/12/2016 7:09 ΜΜ

a3Σχόλιο από τον/την Κορφιάτης Ευάγγελος στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 11:20

Καλημέρα συνάδελφοι

Με αφορμή την άσκηση του Διονύση θα ήθελα να μου πείτε τον τρόπο με τον οποίο εξηγείτε ότι ο παράγοντας με την ημιδιαφορά είναι " το πλάτος". Έχω μια διδακτική προσέγγιση την οποία αν χρειαστεί θα καταθέσω. 

Μάλλον είναι κοινότοπο να πω ότι αυτό "που κυκλοφορεί στην αγορά" είναι το εξής:

"Ο παράγοντας με το συνημίτονο στο διακρότημα, στην συμβολή και στο στάσιμο είναι το πλάτος."

Ακολουθεί ξεφλουδισμένη μπανάνα.

Υλικό 21
09/12/2016 7:11 ΜΜ

moiΣχόλιο από τον/την Κυριακόπουλος Γιάννης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 11:39

Δεν στέκομαι στο σημείο αυτό σοβαρά.

Η παρουσίαση που ακολουθώ επισυνάπτεται.

a3Σχόλιο από τον/την Κορφιάτης Ευάγγελος στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 12:03

Ευχαριστώ Γιάννη

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΣχόλιο από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 12:15

Καλημέρα Γιάννη.

Μια πολύ όμορφη και πλούσια παρουσίαση, μας πρόσφερες. Σε ευχαριστούμε.

Βαγγέλη καλημέρα.

Σε προηγούμενο σχόλιό μου, ανέφερα τη λογική της γραφικής παράστασης. Στην περίπτωση που η συνάρτηση έχει δυο παράγοντες, που ο ένας μεταβάλλεται αργά με το χρόνο και ο άλλος γρήγορα, τότε ο «αργός» καθορίζει την περιβάλλουσα.

Αφού λοιπόν, με βάση αυτή τη συλλογιστική κάνουμε τη γραφική παράσταση, κοιτάζοντάς την μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα ότι η μέγιστη τιμή της απομάκρυνση μπορεί να πάρει την τιμή 2Α, αλλά και σε κάθε θέση η μέγιστη απομάκρυνση, περιορίζεται από τη γραφική παράσταση της περιβάλλουσας, συνεπώς από τον παράγοντα του συν. Ωραία λοιπόν παιδιά, αποφασίζουμε να ονομάσουμε το γινόμενο 2 Α∙συ… πλάτος της σύνθετης ταλάντωσης.

Υλικό 21
09/12/2016 7:13 ΜΜ

1Σχόλιο από τον/την Γιάννης Μήτσης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 22:03

Έχω «κολλήσει» στην φράση του Διονύση: «… Αυτή τη περίοδο, που με κάποιο όργανο θα μετρήσω, θα την βρω άρρητη; Μπορείς να μου δώσεις ένα παράδειγμα; Προσωπικά νομίζω ότι θα μετρήσω 3,1Ηz ή 3,14Hz ή 3,145Hz. Ποτέ δεν θα βρω άρρητη τιμή.» η οποία οδηγεί στον παρακάτω θεωρητικό προβληματισμό:

Για να υπάρχει η τιμή ενός φυσικού μεγέθους πρέπει να υπάρχει και η δυνατότητα μέτρησής της. Τίθεται τώρα το ερώτημα: «Το υλικό σημείο Α βρίσκεται 1m ανατολικά του Ο. Το υλικό σημείο Β βρίσκεται 1m βόρεια του Ο. Ποια είναι η απόσταση μεταξύ των Α, Β;». Δικαιούται ο φυσικός να πει πως η απόσταση των Α, Β είναι ρίζα(2) ενώ δεν έχει τη δυνατότητα να τη μετρήσει; Ειλικρινά δεν ξέρω και θα ήθελα να ακούσω τις απόψεις σας.

Υλικό 21
09/12/2016 7:13 ΜΜ

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΣχόλιο από τον/την Διονύσης Μάργαρης στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 22:26

Καλησπέρα Γιάννη.

Νομίζω υπάρχει μια ποιοτική διαφορά μεταξύ του μετράω και του υπολογίζω.

Η συνισταμένη δύο καθέτων δυνάμεων μέτρου 10Ν υπολογίζεται ότι έχει μέτρο 10√2Ν. Και βέβαια είναι υπαρκτή και τόσο ακριβώς είναι το μέτρο της.  Αν βέβαια προσπαθήσω να την μετρήσω δεν θα την μετρήσω άρρητη αλλά δεκαδικού μέτρου.

Αν θελήσω να ασκήσω μια δύναμη με μέτρο 10√2Ν, νομίζω ότι δεν μπορώ να το κάνω.

Με την έννοια αυτή έγραψα ότι όταν έχω μια ταλάντωση και προσπαθήσω να μετρήσω τη συχνότητα ταλάντωσης, δεν πρόκειται ποτέ να μετρήσω άρρητη τιμή συχνότητας και κατά συνέπεια η σύνθεση δύο ταλαντώσεων που η μια να έχει συχνότητα ίση (ας πούμε) με π, μάλλον είναι ένα μαθηματικό πρόβλημα, που ποτέ πρακτικά δεν θα μας  απασχολήσει στην πράξη, μελετώντας πραγματικές ταλαντώσεις.

Υλικό 21
09/12/2016 7:14 ΜΜ

a3Σχόλιο από τον/την Κορφιάτης Ευάγγελος στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 23:32

Καλησπέρα συνάδελφοι.

Θα συμφωνήσω με την θέση του Διονύση.

Στο παράδειγμα του Γιάννη με τις αποστάσεις νομίζω ότι μπορούμε να μετρήσουμε ακριβώς τα 

√2 m με την προϋπόθεση ότι έχουμε μετρήσει ακριβώς το 1m.

Για τα √2 Hz ή τα √2 N ούτε συζήτηση.

Μέχρι εδώ θα έλεγε κανείς ότι η συζήτηση έχει καθαρά "ακαδημαϊκό" χαρακτήρα.

Έχω να προσθέσω μια πτυχή του που δεν μπορώ να απαντήσω.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε την διάταξη συζευγμένων ταλαντωτών του σχήματος

Κάνω κανονική μελέτη γράφω τις διαφορικές εξισώσεις κίνησης για κάθε σώμα και λύνω το σύστημα.

Η εξίσωση κάθε σώματος είναι της μορφής 

y=A1 ημ(ω1t +φ1) + A2 ημ(ω2t +φ2) όπου ω1, ω2 οι συχνότητες των κανονικών τρόπων ταλάντωσης. 

Οι συχνότητες των κανονικών τρόπων ταλάντωσης είναι λύσης μιας διτετράγωνης εξίσωσης και συνεπώς ¨κουβαλάνε" πολλά ριζικά.

Επειδή το πηλίκο είναι άρρητος η κίνηση δεν είναι περιοδική;

Πόση σημασία έχει αυτό; Αν έχει πως θα εκφραστεί πειραματικά.

Εδω δεν έχουμε το πλεονέκτημα του διακροτήματος

1000Hz και 100,2 Hz = 1001Ηz.

Εδώ θα παίξουμε με 2,35Hz και 3,42Hz.

Υλικό 21
09/12/2016 7:14 ΜΜ

a5Σχόλιο από τον/την Θρασύβουλος Μαχαίρας στις 23 Νοέμβριος 2013 στις 23:44

Τελικά για ποιο πράγμα μιλάμε για το οποίο δε μίλησε ο Διονύσης;

Άλλο η επιδιωκόμενη ποσέγγιση σε ένα πείραμα και άλλο  η θεωρία ενός π ή μιας ρίζας 2.

Για τί πράγμα πρέπει ακόμη να μιλάμε;

Υλικό 21
09/12/2016 7:15 ΜΜ

11Σχόλιο από τον/την Διονύσης Μητρόπουλος στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:00

Θυμάμαι συνάδελφοι τον Αλεξόπουλο που αν τολμούσες να του γράψεις αποτέλεσμα υπολογισμού π.χ. υ=5,321567 m/s σου έκοβε όλη την άσκηση. Η ακρίβεια υπολογισμού ενός μεγέθους εξαρτάται από την ακρίβεια των δεδομένων.

Είμαστε σε θέση π.χ. να γνωρίζουμε ότι η απόσταση δύο σημείων είναι ακριβώς 1m;

Δηλαδή 1,00000000000000… m;

1Σχόλιο από τον/την Γιάννης Μήτσης στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:25

Η ικανότητα μέτρησης μιας ποσότητας είναι ένα θέμα τεχνικό που έχει να κάνει με το πόσο εξελιγμένα όργανα μέτρησης έχεις σήμερα στη διάθεσή σου. Δηλαδή σήμερα έχουμε έστω την ικανότητα να μετρούμε με ακρίβεια 0,00001m ενώ μετά από 100 χρόνια θα μπορούμε να μετρούμε με ακρίβεια 0,0000000001m

Εγώ δεν λέω πως δεν έχουμε απλώς την ικανότητα να μετρήσουμε την απόσταση ρίζα(2)m αλλά δεν έχουμε τη δυνατότητα. Δηλαδή όσο και εξελιγμένα τεχνικά μέσα να έχουμε στο μέλλον το ριζα2 δεν πρόκειται να μετρηθεί. Δηλαδή θεωρητικοί λόγοι μας απαγορεύουν να μετρήσουμε άρρητες ποσότητες και όχι πρακτικοί.

a3Σχόλιο από τον/την Κορφιάτης Ευάγγελος στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:27

Θα μου επιτρέψετε να ενισχύσω τον προβληματισμό μου με ένα αριθμητικό παράδειγμα.

Ένα υλικό σημείο εκτελεί α.α.τ με εξίσωση x=ημ(t).

Επομένως η περίοδός του είναι 2π s. Την στιγμή t=0 βρίσκεται στην θέση x=0.

Προφανώς μετά από 500 πλήρεις ταλαντώσεις θα βρίσκεται πάλι στην θέση x=0.

Χρονικό διάστημα 500 ταλαντώσεων = 1000π ~=3141 s.

Όμως ημ(3141)=-0,55 !!

Παίζω το ίδιο παιχνίδι με την εξίσωση x(t)=ημ(6πt). Περίοδος 1/3s ~=0,333333 s.

x(3333)=-0,00000004

Λόγω της περιοδικότητας των αρμονικών συναρτήσεων, ένα μικρό σφάλμα σε μια περίοδο προστίθεται στο σφάλμα της επόμενης περιόδου με αποτέλεσμα μετά από πολλές περιόδους το συνολικό σφάλμα να είναι σημαντικό.

moiΣχόλιο από τον/την Κυριακόπουλος Γιάννης στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:35

Γιάννη δεν καταλαβαίνω. Έχουμε το 1m. Μπορούμε να κατασκευάσουμε το μήκος ρίζα 2 m ως διαγώνιο τετραγώνου. Οπότε μετράμε το ρίζα 2 και τα πολλαπλάσιά του.

Το ίδιο και με το ρίζα 3 κ.λ.π.

Κατασκευάζουμε και το π m. Όχι βέβαια με κανόνα και διαβήτη αλλά με σπάγκο τυλιγμένο σε κύλινδρο. Μετράμε έτσι τα πολλαπλάσια του π.

Γιατί μας εμποδίζουν θεωρητικοί λόγοι;

a3Σχόλιο από τον/την Κορφιάτης Ευάγγελος στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:35

Γιάννη ειδικά για τα √2 m νομίζω ότι έχεις άδικο.

Κατασκευάζω ένα ορθογώνιο και ισοσκελές τρίγωνο με πλευρά 1m ακριβώς.

Η υποτείνουσα του δεν είναι √2 m ακριβώς;. 

Εκτός αν εννοείς ότι στο παράδειγμά σου με τα σημεία Α και Β δεν μπορώ να είμαι σίγουρος ότι το όργανο μέτρησης ( υποτείνουσα) έδειξε 1 ( δηλαδή √2 m) ή 1,00001.

1Σχόλιο από τον/την Γιάννης Μήτσης στις 24 Νοέμβριος 2013 στις 0:53

Βαγγέλη γράφεις: "Γιάννη ειδικά για τα √2 m νομίζω ότι έχεις άδικο. Κατασκευάζω ένα ορθογώνιο και ισοσκελές τρίγωνο με πλευρά 1m ακριβώς. Η υποτείνουσα του δεν είναι √2 m ακριβώς;"

Μα αυτό είναι το πρόβλημα. Ενώ την υπολογίζω ως 2 δεν μπορώ να επιβεβαιώσω τον υπολογισμό μέσω μέτρησης.

Γιάννη (Κυρ) μου έδωσες μια κάποια λύση. Θα τη σκεφθώ αλλά κάτι δε μου πάει καλά.