Грузик массой m на пружинке с жесткостью k выведен из положения равновесия на величину A и отпущен. Найти зависимость координаты от времени.




Определения

Уравнение вида:

Называют линейным (все производные функции y присутствуют в уравнении в первой степени) дифференциальным уравнением порядка n (порядок максимальной производной) с постоянными коэффициентам ( - не зависят от переменной)

В случае, когда уравнение называют однородным ЛДУ, иначе неоднородным ЛДУ

 

Пример:

Производная равна 0 для любого x, если функция постоянно, т.е. решением может являться любая константа.

Т.е. замечаем, что решением ЛДУ является не одна конкретная функция, а семейство функций ()

Каждая функция, удовлетворяющая уравнению (например ), называется частным решением ЛДУ.

Совокупность всех функций, удовлетворяющих уравнению, называется общим решением ЛДУ

Общее решение неоднородного ЛДУ может быть представлено в виде суммы частного решения неоднородного ЛДУ и общего решения однородного ЛДУ.


 

Решение однородного ЛДУ

Решение однородного ЛДУ порядка n имеет вид:

Где - произвольные константы, а - решения уравнения:

Пример:

Решать уравнения, где есть повторяющиеся я вас не буду, ибо для решения физических задач это пока не пригодиться.


 

Решения неоднородного уравнения

Общий способ – искать решение уравнения

В виде:

Где - по-прежнему решения уравнения:

А - функции, которые находятся из прямой подстановки решения в уравнение (как в примере выше).

Однако иногда есть пути решения попроще, например:

Так же, как было сказано выше «Общее решение неоднородного ЛДУ может быть представлено в виде суммы частного решения неоднородного ЛДУ и общего решения однородного ЛДУ. »


 

Граничные условия

Среди общего решения, нам порой нужно отобрать только одно, удовлетворяющее определенным условием, например, в уравнении , мы знаем, что т.е. в координате x=0 значение функции равно 1.

Собственно, премудростей никаких, находим общее решение, после этого подставляем в него условие:

Т.е. каждое условие сокращает количество свободных параметров на 1.

Соответственно, чтобы задать одну строго определенную функцию для уравнения порядка n нужно задать n условий.

Условия также могут быть на производные порядка не выше чем n-1. Т.е. в нашем случае мы можем также знать, например , тогда^

Теперь мы знаем все что нужно!


 

Решение физических задач

Грузик массой m на пружинке с жесткостью k выведен из положения равновесия на величину A и отпущен. Найти зависимость координаты от времени.

Грузик массой m на пружинке с жесткостью k погружен в воду, и выведен из положения равновесия толчком так, что начальная скорость равна v. Сила сопротивления в воде F = -av(t)

Обычно, что затухание слабое , по этому я представил все в виде тригонометрических функций. Добавка вязкого трения приводит к экспоненциальному уменьшению амплитуды колебаний и небольшому увеличению периода.

Если бы затухание было велико, то была бы чистая экспонента (произошло бы меньше одного колебания)

 

Напоследок:

Дана электрическая цепь из последовательно соединенных источника напряжения E, резистора R, конденсатора емкостью C и ключа. В момент времени t=0 конденсатор не заряжен, и замыкают ключ. Найти зависимость тока в цепи от времени.

Т.е. ток в цепи экспоненциально убывает во времени, а конденсатор также экспоненциально заряжается до определенного значения.

Ура, товарищи!



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-06-05 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: