Ein Federpendel hat eine Schwingungsdauer von 8/3 s? Sinusfunktion? Momentangeschwindigkeit?

Wechselfreund  29.06.2020, 18:41

In der Funktionsgleichung fehlt t.

Bei 1,5 m ist die Geschwindigkeit sicher nicht 0.

verreisterNutzer 
Fragesteller
 29.06.2020, 19:00

Ups sorry soll in der Klammer 3/4pi*t heißen

Und nicht die geschwindigkeit sondern die Beschleunigung soll da Null sein

3 Antworten

Hallo Vanessa,

zu a) empfehle ich Dir das10-Minuten-Video (siehe unten). Da sind die grundlegenden Sachen ziemlich verständlich erklärt.

zu b) Wenn so ein Federpendel durch seine Ruhelage rauscht, ist es natürlich am schnellsten. Seine Geschwindigkeit ist maximal. In den Umkehrpunkten, wo das Pendel langsamer wird, seine Richtung ändert und dann wieder den Weg zurück antritt, da ist die Beschleunigung maximal. Warum? Weil die Beschleunigung beschreibt, ob sich die Geschwindigkeit von einem auf den nächsten Augenblick stark ändert oder nicht. Kurz vor und kurz nach der Ruhelage hat das Pendel ja mehr oder weniger dieselbe Geschwindigkeit. Keine große Änderung. Also minimale Beschleunigung. An den Umkehrpunkten ändert die Geschwindigkeit dagegen sogar ihre Richtung! Große Änderung. Also auch große Beschleunigung.

Hilft Dir das ein bisschen weiter?

https://www.youtube.com/watch?v=78NdP-H4lJE

Woher ich das weiß:Berufserfahrung
verreisterNutzer  29.06.2020, 22:37

Ja hilft mir weiter super danke für sie ausführliche Erklärung :D

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freie ungedämpfte Schwingung Differentialgleichung (Dgl) y´´+wo²*y=0

allgemeine Lösung y=S(t)=C1*sin(w*t)+C2*cos(w*t)

wo=w=2*pi/T=2*pi/(8/3 s)=2*3/8*pi=3/4*pi rad/s

Bei t=0 → S(0)=Smax==C1*sin(w*0)+C2*cos(w*0)=C1*0+C2*1

also partikuläre Lösung (spezielle Lösung) y=S(t)=0,5*cos(3/4*pi*t)

wegen y=cos(x)=sin(x+pi/2) siehe Mathe-Formelbuch,trigonometrische Funktionen

y=cos(x) und y=sin(x) sind 2 gleiche harmonische Schwingungen,die aber um pi/2=90° gegeneinander verschoben sind.

also kann man auch schreiben y=S(t)=0,5*sin(3/4*pi*t+pi/2)

w=3/4*pi=Kreisfrequenz ,Winkelgeschwindigkeit in rad/s (Radiant pro Sekunde)

b) die Geschwindigkeit V(t)=ds/dt=S´(t) ist an den Umkehrpunkten NULL und im Ruhepunkt (in der Mitte) am größten.

Weg-Zeit-Funktion S(t)=0,5*sin(3/4*pi*t+pi/2) abgeleitet

Kettenregel f´(x)=z´*f´(z)

Substitution (ersetzen) z=3/4*pi*t+pi/2 abgeleitet z´=dz/dt=3/4*pi

f(z)=sin(z) abgeleitet f´(z)=cos(z)

V(t)=S´(t)=0,5*z´*f´(z)=0,5*3/4*pi*cos(3/4*t+pi/2)

V(t)=S´(t)=0,375*pi*cos(3/4*pi*t+pi/2)

y=cos(x)

Nullstellen bei x=pi/2+k*pi mit k=0,1,2,3..

Extrema bei x=k*pi mit k=0,1,2,3...

V(t)=0=0,375*pi*cos(3/4*pi*t+pi/2)

1.te Nullstellen bei 3/4*pi*t+pi/2=pi/2+0*pi=pi/2

3/4*pi*t=pi/2-pi/2=0

also t1=0 s

2.te Nullstellen bei 3/4*pi*t+pi/2=pi/2+1*pi

3/4*pi*t=pi/2-pi/2+pi=pi

t=pi/pi*4/3

t2=4/3 s

bei maximaler Geschwindigkeit ist V(t)=Vmax=0,375*pi *1

also cos(3/4*pi*t+pi/2)=1

Den Rest schaffst du selber

Momentanbeschleunigung a(t)=dv/dt=V´(t)=S´´(t) ist die 2.te Ableitung der Weg-Zeit-Funktion

Dann auch wieder Nullstellen und Extrema bestimmen

Infos,vergrößern und/oder herunterladen

Bild zum Beitrag

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert
 - (Schule, Spiele und Gaming, Mathematik)

zu a)

Wo ist den da dein t geblieben? Du hast ja gar keine Variable mehr in deiner Gleichung.

verreisterNutzer  29.06.2020, 19:00

Ups sorry soll in der Klammer 3/4pi*t heißen

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