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Oscilaciones acopladas amortiguadas

Actualmente estoy revisando un módulo de vibraciones y ondas que estoy cursando como parte de mi carrera de física.

Una de las preguntas finales consistía en encontrar ecuaciones para los desplazamientos de las dos masas de este sistema como superposición de sus modos normales: Two Coupled Pendulums

Encontré que las ecuaciones de movimiento para cada masa son: $$ \ddot{x_a} + \gamma\dot{x_a} + x_a(\omega_0^2+\omega_s^2) = x_b\omega_s^2\\\ddot{x_b} + \gamma\dot{x_b} + x_b(\omega_0^2+\omega_s^2) = x_a\omega_s^2\\Here: \omega_0^2 = \frac{g}{l}\omega_s^2=\frac{k}{m}\gamma=\frac{b}{m}$$ Aquí dejo que $ q_1 = x_a+x_b~and~q_2 = x_a-x_b: $ $$\ddot{q_1} + \gamma\dot{q_1} + q_1\omega_0^2=0\\\ddot{q_2} + \gamma\dot{q_2} + q_2(\omega_0^2+2\omega_s^2)=0 $$ A partir de aquí no veo a dónde ir. Intenté sustituirlo por una solución general como $q_1 = C_1 \cos(\omega t)$ pero me sale una mezcla de senos y cosenos y no puedo resolverlo para nada útil.

¡Cualquier ayuda sería genial ya que este es el último tema que necesito aprender! Gracias, Sean.

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Luke Puntos 2217

El problema se reduce a resolver un sistema lineal de ecuaciones diferenciales (de primer orden). Supongo que todavía no has tenido este tema en tus clases de matemáticas, así que no voy a entrar en los entresijos. Hiciste la transformación de las variables x e y a qs, y ahora parece que tienes lo que es esencialmente dos osciladores desacoplados y amortiguados. Me imagino que en tus clases te han explicado la solución general de estos. En caso de que no lo hayas hecho, consulta las fórmulas en Wikipedia: ecuaciones diferenciales lineales y amortiguación .

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Ian Millington Puntos 71

Las oscilaciones se amortiguan. Necesitas tener un seno/coseno por una función trigonométrica con una exponencial no imaginaria. Esto debería llevarte a donde necesitas ir.

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