9. HARMONİK HAREKET 9.1 Basit Harmonik Hareket 9.2 Sarkaç Hareketi 9.3 Sönümlü Harmonik Hareket 9.4 Zorlamalı Harmonik Hareket – Rezonans

69  Download (0)

Tam metin

(1)

1

9. HARMONİK HAREKET 9.1 Basit Harmonik Hareket 9.2 Sarkaç Hareketi

9.3 Sönümlü Harmonik Hareket

9.4 Zorlamalı Harmonik Hareket – Rezonans

(2)

9.1 BASİT HARMONİK HAREKET

Belirli zaman aralığında kendini tekrarlayan hareket.

(Salıncak, sarkaç, saz telinin titreşimi, kalp atışı, med-cezir olayı . . . )H

• Bir yaya bağlı kütlenin titreşim hareketi:H

Yay x kadar uzamış iken, yay kuvveti F = −kx için Newton yasası:

F = ma

−kx = md2x

dt2 = m x00 x00 + k

mx= 0H Bu ifadeye titreşim hareketinin diferansiyel denklemi denir. Bunun çözümü olan x= x(t) fonksiyonu hareketi belirlemiş olur.

(3)

9.1 BASİT HARMONİK HAREKET

Belirli zaman aralığında kendini tekrarlayan hareket.

(Salıncak, sarkaç, saz telinin titreşimi, kalp atışı, med-cezir olayı . . . )H

• Bir yaya bağlı kütlenin titreşim hareketi:H

Yay x kadar uzamış iken, yay kuvveti F = −kx için Newton yasası:

F = ma

−kx = md2x

dt2 = m x00 x00 + k

mx= 0H Bu ifadeye titreşim hareketinin diferansiyel denklemi denir. Bunun çözümü olan x= x(t) fonksiyonu hareketi belirlemiş olur.

(4)

9.1 BASİT HARMONİK HAREKET

Belirli zaman aralığında kendini tekrarlayan hareket.

(Salıncak, sarkaç, saz telinin titreşimi, kalp atışı, med-cezir olayı . . . )H

• Bir yaya bağlı kütlenin titreşim hareketi:H

Yay x kadar uzamış iken, yay kuvveti F = −kx için Newton yasası:

F = ma

−kx = md2x

dt2 = m x00 x00 + k

mx= 0H

Bu ifadeye titreşim hareketinin diferansiyel denklemi denir. Bunun çözümü olan x= x(t) fonksiyonu hareketi belirlemiş olur.

(5)

9.1 BASİT HARMONİK HAREKET

Belirli zaman aralığında kendini tekrarlayan hareket.

(Salıncak, sarkaç, saz telinin titreşimi, kalp atışı, med-cezir olayı . . . )H

• Bir yaya bağlı kütlenin titreşim hareketi:H

Yay x kadar uzamış iken, yay kuvveti F = −kx için Newton yasası:

F = ma

−kx = md2x

dt2 = m x00 x00 + k

mx= 0H Bu ifadeye titreşim hareketinin diferansiyel denklemi denir.

(6)

x00+ k

mx = 0 veya x00 = −k mx

Çözüm: Hangi fonksiyonun 2. türevi kendisinin negatifiyle orantılıdır?H

Cevap :

Sinüs ve kosinüs fonksiyonları: x = A sin ωt

veya x = A cos ωt (A ve ω birer sabit)

(7)

x00+ k

mx = 0 veya x00 = −k mx

Çözüm: Hangi fonksiyonun 2. türevi kendisinin negatifiyle orantılıdır?H

Cevap :

Sinüs ve kosinüs fonksiyonları:

x = A sin ωt veya x = A cos ωt (A ve ω birer sabit)

(8)

Bu çözümlerden birini deneyelim:

x = A sin ωt x0 = −ωA sin ωt x00 = −ω2A cos ωtH

Bu x ve x00 ifadeleri denklemde yerine konulur:

−ω2A cos ωt+ k

mA cos ωt = 0 h−ω2+ k

m

iA cos ωt = 0H

Bu eşitliğin her t anında doğru olabilmesi için parantez içindeki ifade sıfır olmalıdır.

h−ω2+ k mi = 0

(9)

Bu çözümlerden birini deneyelim:

x = A sin ωt x0 = −ωA sin ωt x00 = −ω2A cos ωtH

Bu x ve x00 ifadeleri denklemde yerine konulur:

−ω2A cos ωt+ k

mA cos ωt = 0 h−ω2+ k

m

iA cos ωt = 0H

Bu eşitliğin her t anında doğru olabilmesi için parantez içindeki ifade sıfır olmalıdır.

h−ω2+ k mi = 0

(10)

Bu çözümlerden birini deneyelim:

x = A sin ωt x0 = −ωA sin ωt x00 = −ω2A cos ωtH

Bu x ve x00 ifadeleri denklemde yerine konulur:

−ω2A cos ωt+ k

mA cos ωt = 0 h−ω2+ k

m

iA cos ωt = 0H

Bu eşitliğin her t anında doğru olabilmesi için parantez içindeki ifade sıfır olmalıdır.

h−ω2+ k mi = 0

(11)

Buradan ω sabiti, kütle ve yay sabiti cinsinden bulunmuş olur:

ω = rk

m (açısal frekans)

H

Genlik ( A ):

Kosinüs/sinüs fonksiyonu [−1,+1] aralığında değişir. x konumu da [−A,+A] aralığında değişecektir.

Maksimum uzamanın mutlak değeri olan bu A niceliğine genlik denir.H

x= A cos ωt (basit harmonik hareket)

Zamana göre kosinüs/sinüs fonksiyonu olan bu harekete basit harmonik hareket (veya, sinüsel hareket) denir.

(12)

Buradan ω sabiti, kütle ve yay sabiti cinsinden bulunmuş olur:

ω = rk

m (açısal frekans)

H

Genlik ( A ):

Kosinüs/sinüs fonksiyonu [−1,+1] aralığında değişir.

x konumu da [−A,+A] aralığında değişecektir.

Maksimum uzamanın mutlak değeri olan bu A niceliğine genlik denir.H

x= A cos ωt (basit harmonik hareket)

Zamana göre kosinüs/sinüs fonksiyonu olan bu harekete basit harmonik hareket (veya, sinüsel hareket) denir.

(13)

Buradan ω sabiti, kütle ve yay sabiti cinsinden bulunmuş olur:

ω = rk

m (açısal frekans)

H

Genlik ( A ):

Kosinüs/sinüs fonksiyonu [−1,+1] aralığında değişir.

x konumu da [−A,+A] aralığında değişecektir.

Maksimum uzamanın mutlak değeri olan bu A niceliğine genlik denir.H

x= A cos ωt (basit harmonik hareket)

(14)

Periyot ( T ):

Titreşim hareketinin kendini tekrar ettiği zaman aralığı.H

H

x = A cos ωt

Öyle bir T zamanı geçmelidir ki cisim tekrar aynı x konumundan geçsin:H

x(t+ T) = x(t) A cos ω(t+ T) = A cos ωt

cos ω(t+ T) = cos ωt

Kosinüs fonksiyonu 2π kadar sonra kendini tekrar eder:

ω(t + T) − ωt = 2π H

T = 2π

ω (periyot)

(15)

Periyot ( T ):

Titreşim hareketinin kendini tekrar ettiği zaman aralığı.H

H

x = A cos ωt

Öyle bir T zamanı geçmelidir ki cisim tekrar aynı x konumundan geçsin:H

x(t+ T) = x(t) A cos ω(t+ T) = A cos ωt

cos ω(t+ T) = cos ωt

Kosinüs fonksiyonu 2π kadar sonra kendini tekrar eder:

ω(t + T) − ωt = 2π H

T = 2π

ω (periyot)

(16)

Periyot ( T ):

Titreşim hareketinin kendini tekrar ettiği zaman aralığı.H

H

x = A cos ωt

Öyle bir T zamanı geçmelidir ki cisim tekrar aynı x konumundan geçsin:H

x(t+ T) = x(t) A cos ω(t+ T) = A cos ωt

cos ω(t+ T) = cos ωt

Kosinüs fonksiyonu 2π kadar sonra kendini tekrar eder:

ω(t + T) − ωt = 2π H

T = 2π

ω (periyot)

(17)

Periyot ( T ):

Titreşim hareketinin kendini tekrar ettiği zaman aralığı.H

H

x = A cos ωt

Öyle bir T zamanı geçmelidir ki cisim tekrar aynı x konumundan geçsin:H

x(t+ T) = x(t) A cos ω(t+ T) = A cos ωt

cos ω(t+ T) = cos ωt

Kosinüs fonksiyonu 2π kadar sonra kendini tekrar eder:

ω(t + T) − ωt = 2π H

T = 2π

ω (periyot)

(18)

Periyot ( T ):

Titreşim hareketinin kendini tekrar ettiği zaman aralığı.H

H

x = A cos ωt

Öyle bir T zamanı geçmelidir ki cisim tekrar aynı x konumundan geçsin:H

x(t+ T) = x(t) A cos ω(t+ T) = A cos ωt

cos ω(t+ T) = cos ωt

Kosinüs fonksiyonu 2π kadar sonra kendini tekrar eder:

ω(t + T) − ωt = 2π H

T = 2π

ω (periyot)

(19)

Frekans ( f ):

Birim zaman aralığındaki tam salınım sayısı.H

Buna göre, frekans periyodun tersidir:

f = 1 T = ω

2π (frekans)

H

Yay-kütle sistemi için ω= √

k/m olduğundan:

T = 2πr m

k ve f = 1

2π rk

m

(20)

Frekans ( f ):

Birim zaman aralığındaki tam salınım sayısı.H

Buna göre, frekans periyodun tersidir:

f = 1 T = ω

2π (frekans)

H

Yay-kütle sistemi için ω= √

k/m olduğundan:

T = 2πr m

k ve f = 1

2π rk

m

(21)

Frekans ( f ):

Birim zaman aralığındaki tam salınım sayısı.H

Buna göre, frekans periyodun tersidir:

f = 1 T = ω

2π (frekans)

H

Yay-kütle sistemi için ω= √

k/m olduğundan:

T = 2πr m

k ve f = 1

2π rk

m

(22)

Basit Harmonik Harekette Hız ve İvme

Hız ve ivme, x(t) konumunun 1. ve 2.

türevleri olurlar:

x = A cos ωt v = dx

dt = −ω A sin ωt a = dv

dt = −ω2A cos ωtH

H

Harmonik hareketin hız ve ivmesi de harmoniktir.H

Konum ile hızın değişimi birbirine tamamen zıt olur. Konum maksimum iken hız sıfır, konum sıfırken hız maksimum olur.H

Hız ile ivme de birbirine zıt olur.

(23)

Basit Harmonik Harekette Hız ve İvme

Hız ve ivme, x(t) konumunun 1. ve 2.

türevleri olurlar:

x = A cos ωt v = dx

dt = −ω A sin ωt a = dv

dt = −ω2A cos ωtH

H

Harmonik hareketin hız ve ivmesi de harmoniktir.H

Konum ile hızın değişimi birbirine tamamen zıt olur. Konum maksimum iken hız sıfır, konum sıfırken hız maksimum olur.H

Hız ile ivme de birbirine zıt olur.

(24)

Basit Harmonik Harekette Hız ve İvme

Hız ve ivme, x(t) konumunun 1. ve 2.

türevleri olurlar:

x = A cos ωt v = dx

dt = −ω A sin ωt a = dv

dt = −ω2A cos ωtH

H

Harmonik hareketin hız ve ivmesi de harmoniktir.H

Konum ile hızın değişimi birbirine tamamen zıt olur. Konum maksimum iken hız sıfır, konum sıfırken hız maksimum olur.H

Hız ile ivme de birbirine zıt olur.

(25)

Basit Harmonik Harekette Hız ve İvme

Hız ve ivme, x(t) konumunun 1. ve 2.

türevleri olurlar:

x = A cos ωt v = dx

dt = −ω A sin ωt a = dv

dt = −ω2A cos ωtH

H

Harmonik hareketin hız ve ivmesi de harmoniktir.H

Konum ile hızın değişimi birbirine tamamen zıt olur. Konum

Hız ile ivme de birbirine zıt olur.

(26)

Basit Harmonik Harekette Hız ve İvme

Hız ve ivme, x(t) konumunun 1. ve 2.

türevleri olurlar:

x = A cos ωt v = dx

dt = −ω A sin ωt a = dv

dt = −ω2A cos ωtH

H

Harmonik hareketin hız ve ivmesi de harmoniktir.H

Konum ile hızın değişimi birbirine tamamen zıt olur. Konum maksimum iken hız sıfır, konum sıfırken hız maksimum olur.H

(27)

Hız ile ivme arasındaki ilişki:H

sin2a+ cos2a= 1 özdeşliği kullanılır: cos2ωt = x2

A2 ve sin2ωt = v2 ω2A2 sin2ωt + cos2ωt = x2

A2 + v2 ω2A2 = 1 v2= ω2

A2−x2

Hız veya ivmeden biri biliniyorsa, diğeri buradan hesaplanır.H

Konum ile ivme arasındaki ilişki: a = −ω2A cos ωt a = −ω2x

(28)

Hız ile ivme arasındaki ilişki:H

sin2a+ cos2a= 1 özdeşliği kullanılır:

cos2ωt = x2

A2 ve sin2ωt = v2 ω2A2 sin2ωt + cos2ωt = x2

A2 + v2 ω2A2 = 1 v2= ω2

A2−x2

Hız veya ivmeden biri biliniyorsa, diğeri buradan hesaplanır.H

Konum ile ivme arasındaki ilişki: a = −ω2A cos ωt a = −ω2x

(29)

Hız ile ivme arasındaki ilişki:H

sin2a+ cos2a= 1 özdeşliği kullanılır:

cos2ωt = x2

A2 ve sin2ωt = v2 ω2A2 sin2ωt + cos2ωt = x2

A2 + v2 ω2A2 = 1 v2= ω2

A2−x2

Hız veya ivmeden biri biliniyorsa, diğeri buradan hesaplanır.H

Konum ile ivme arasındaki ilişki:

a = −ω2A cos ωt

= −ω2

(30)

Harmonik Hareketin EnerjisiH

Kinetik enerji için hız ifadesi: K = 12mv2= 122A2sin2ωt Esneklik potansiyel enerjisi: U = 12kx2= 12k A2cos2ωt H

Toplam mekanik enerji: E= K + U = 122

|{z} k

A2sin2ωt +12kA2cos2ωt = 12kA2(sin2ωt + cos2ωt

| {z } 1

) H

E= K + U = 12kA2= sabit (harmonik hareketin toplam enerjisi)

(31)

Harmonik Hareketin EnerjisiH

Kinetik enerji için hız ifadesi: K = 12mv2= 122A2sin2ωt Esneklik potansiyel enerjisi: U = 12kx2= 12k A2cos2ωt H

Toplam mekanik enerji: E= K + U = 122

|{z} k

A2sin2ωt +12kA2cos2ωt = 12kA2(sin2ωt + cos2ωt

| {z } 1

) H

E= K + U = 12kA2= sabit (harmonik hareketin toplam enerjisi)

(32)

Harmonik Hareketin EnerjisiH

Kinetik enerji için hız ifadesi: K = 12mv2= 122A2sin2ωt Esneklik potansiyel enerjisi: U = 12kx2= 12k A2cos2ωt H

Toplam mekanik enerji:

E= K + U = 122

|{z}

k

A2sin2ωt +12kA2cos2ωt = 12kA2(sin2ωt + cos2ωt

| {z } 1

) H

E= K + U = 12kA2= sabit (harmonik hareketin toplam enerjisi)

(33)

Harmonik Hareketin EnerjisiH

Kinetik enerji için hız ifadesi: K = 12mv2= 122A2sin2ωt Esneklik potansiyel enerjisi: U = 12kx2= 12k A2cos2ωt H

Toplam mekanik enerji:

E= K + U = 122

|{z}

k

A2sin2ωt +12kA2cos2ωt = 12kA2(sin2ωt + cos2ωt

| {z } 1

) H

E= K + U = 12kA2= sabit (harmonik hareketin toplam enerjisi)

(34)

Faz Açısı

Harmonik hareket için ne zaman kosinüs, ne zaman sinüs kullanılır?H

Cevap: Cisim t = 0 anında orijinden başlıyorsa: x = A sin ωt , Maksimum uzaklıktan bırakılıyorsa: x= A cos ωt .H Hareket bu iki nokta dışında herhangi bir yerden başlıyorsa? H

Kosinüsteki (ωt) nin yanına bir terim daha ekleyerek, fonksiyonu istediğimiz noktadan başlatabiliriz.

x= A cos(ωt + φ) φ : faz açısı (veya, faz farkı)H

Cisim t= 0 anında x0 konumlu yerden geçiyorsa, x0= A cos φ =⇒ cos φ= x0

A

(35)

Faz Açısı

Harmonik hareket için ne zaman kosinüs, ne zaman sinüs kullanılır?H

Cevap: Cisim t = 0 anında orijinden başlıyorsa: x = A sin ωt , Maksimum uzaklıktan bırakılıyorsa: x= A cos ωt .H

Hareket bu iki nokta dışında herhangi bir yerden başlıyorsa? H

Kosinüsteki (ωt) nin yanına bir terim daha ekleyerek, fonksiyonu istediğimiz noktadan başlatabiliriz.

x= A cos(ωt + φ) φ : faz açısı (veya, faz farkı)H

Cisim t= 0 anında x0 konumlu yerden geçiyorsa, x0= A cos φ =⇒ cos φ= x0

A

(36)

Faz Açısı

Harmonik hareket için ne zaman kosinüs, ne zaman sinüs kullanılır?H

Cevap: Cisim t = 0 anında orijinden başlıyorsa: x = A sin ωt , Maksimum uzaklıktan bırakılıyorsa: x= A cos ωt .H Hareket bu iki nokta dışında herhangi bir yerden başlıyorsa? H

Kosinüsteki (ωt) nin yanına bir terim daha ekleyerek, fonksiyonu istediğimiz noktadan başlatabiliriz.

x= A cos(ωt + φ) φ : faz açısı (veya, faz farkı)H

Cisim t= 0 anında x0 konumlu yerden geçiyorsa, x0= A cos φ =⇒ cos φ= x0

A

(37)

Faz Açısı

Harmonik hareket için ne zaman kosinüs, ne zaman sinüs kullanılır?H

Cevap: Cisim t = 0 anında orijinden başlıyorsa: x = A sin ωt , Maksimum uzaklıktan bırakılıyorsa: x= A cos ωt .H Hareket bu iki nokta dışında herhangi bir yerden başlıyorsa? H

Kosinüsteki (ωt) nin yanına bir terim daha ekleyerek, fonksiyonu istediğimiz noktadan başlatabiliriz.

x= A cos(ωt + φ) φ : faz açısı (veya, faz farkı)H

Cisim t= 0 anında x0 konumlu yerden geçiyorsa, x0= A cos φ =⇒ cos φ= x0

A

(38)

Faz Açısı

Harmonik hareket için ne zaman kosinüs, ne zaman sinüs kullanılır?H

Cevap: Cisim t = 0 anında orijinden başlıyorsa: x = A sin ωt , Maksimum uzaklıktan bırakılıyorsa: x= A cos ωt .H Hareket bu iki nokta dışında herhangi bir yerden başlıyorsa? H

Kosinüsteki (ωt) nin yanına bir terim daha ekleyerek, fonksiyonu istediğimiz noktadan başlatabiliriz.

x= A cos(ωt + φ) φ : faz açısı (veya, faz farkı)H

Cisim t= 0 anında x0 konumlu yerden geçiyorsa, x = A cos φ =⇒ cos φ= x0

(39)

9.2 SARKAÇ HAREKETİ

Tavana asılıL uzunlukta ipin ucuna bağlı m kütlesi.

İp düşeyle θ açısı yaparken: T gerilmesi ip doğrultusunda olup harekete katkıda bulunmaz. Hareket ettiren kuvvet:

mg nin teğet bileşeni mg sin θ H

Teğet doğrultuda Newton yasası: ( θ nın artış yönü pozitif)

Ft = mat

−mg sin θ = mdv dt

(40)

9.2 SARKAÇ HAREKETİ

Tavana asılıL uzunlukta ipin ucuna bağlı m kütlesi.

H

İp düşeyle θ açısı yaparken:

T gerilmesi ip doğrultusunda olup harekete katkıda bulunmaz.

Hareket ettiren kuvvet:

mg nin teğet bileşeni mg sin θ H

Teğet doğrultuda Newton yasası: ( θ nın artış yönü pozitif)

Ft = mat

−mg sin θ = mdv dt

(41)

9.2 SARKAÇ HAREKETİ

Tavana asılıL uzunlukta ipin ucuna bağlı m kütlesi.

İp düşeyle θ açısı yaparken:

T gerilmesi ip doğrultusunda olup harekete katkıda bulunmaz.

Hareket ettiren kuvvet:

mg nin teğet bileşeni mg sin θ H

Teğet doğrultuda Newton yasası:

( θ nın artış yönü pozitif) Ft = mat

dv

(42)

v hızı θ açısı cinsinden yazılır:

v= L ω = Ldθ dt H

−mg sin θ= mLd2θ

dt2 =⇒ θ00+ g

L sin θ= 0 H

Bu denklemin çözümü yoktur. Fakat, küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ alınırsa:

θ00+ g L

|{z}ω2

θ = 0H

Bu, θ açısının harmonik hareket yaptığını gösterir. θ = θmax cos ωt H

Hareketin açısal frekansından periyot formülü elde edilir (T = 2π/ω):

T = 2π s

L

g (Basit sarkacın periyodu)

(43)

v hızı θ açısı cinsinden yazılır:

v= L ω = Ldθ dt H

−mg sin θ= mLd2θ

dt2 =⇒ θ00+ g

L sin θ= 0 H

Bu denklemin çözümü yoktur. Fakat, küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ alınırsa:

θ00+ g L

|{z}ω2

θ = 0H

Bu, θ açısının harmonik hareket yaptığını gösterir. θ = θmax cos ωt H

Hareketin açısal frekansından periyot formülü elde edilir (T = 2π/ω):

T = 2π s

L

g (Basit sarkacın periyodu)

(44)

v hızı θ açısı cinsinden yazılır:

v= L ω = Ldθ dt H

−mg sin θ= mLd2θ

dt2 =⇒ θ00+ g

L sin θ= 0 H

Bu denklemin çözümü yoktur. Fakat, küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ alınırsa:

θ00+ g L

|{z}ω2

θ = 0H

Bu, θ açısının harmonik hareket yaptığını gösterir. θ = θmax cos ωt H

Hareketin açısal frekansından periyot formülü elde edilir (T = 2π/ω):

T = 2π s

L

g (Basit sarkacın periyodu)

(45)

v hızı θ açısı cinsinden yazılır:

v= L ω = Ldθ dt H

−mg sin θ= mLd2θ

dt2 =⇒ θ00+ g

L sin θ= 0 H

Bu denklemin çözümü yoktur. Fakat, küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ alınırsa:

θ00+ g L

|{z}ω2

θ = 0H

Bu, θ açısının harmonik hareket yaptığını gösterir.

θ = θmax cos ωt H

Hareketin açısal frekansından periyot formülü elde edilir (T = 2π/ω):

T = 2π s

L

g (Basit sarkacın periyodu)

(46)

v hızı θ açısı cinsinden yazılır:

v= L ω = Ldθ dt H

−mg sin θ= mLd2θ

dt2 =⇒ θ00+ g

L sin θ= 0 H

Bu denklemin çözümü yoktur. Fakat, küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ alınırsa:

θ00+ g L

|{z}ω2

θ = 0H

Bu, θ açısının harmonik hareket yaptığını gösterir.

θ = θmax cos ωt H

Hareketin açısal frekansından periyot formülü elde edilir (T = 2π/ω):

T = 2π s

L

g (Basit sarkacın periyodu)

(47)

Fiziksel Sarkaç

Her katı cisim sarkaç hareketi yapabilir.

Kütlesi m ve eylemsizlik momenti IKM olan katı bir cisim, kütle merkezindend uzaklıkta bir eksene asılmış olsun.

O dönme merkezine göre moment alınır: Ftd= I0α −→ −mg sin θ d = I0α α açısal ivmesi θ nın 2. türevidir:

θ00+ mgd

I0 sin θ= 0 H Küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ ,

θ00+ mgd I0

|{z}ω2

θ = 0

(48)

Fiziksel Sarkaç

Her katı cisim sarkaç hareketi yapabilir.

Kütlesi m ve eylemsizlik momenti IKM olan katı bir cisim, kütle merkezindend uzaklıkta bir eksene asılmış olsun.

O dönme merkezine göre moment alınır:

Ftd= I0α −→ −mg sin θ d = I0α α açısal ivmesi θ nın 2. türevidir:

θ00+ mgd

I0 sin θ= 0 H

Küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ , θ00+ mgd

I0

|{z}ω2

θ = 0

(49)

Fiziksel Sarkaç

Her katı cisim sarkaç hareketi yapabilir.

Kütlesi m ve eylemsizlik momenti IKM olan katı bir cisim, kütle merkezindend uzaklıkta bir eksene asılmış olsun.

O dönme merkezine göre moment alınır:

Ftd= I0α −→ −mg sin θ d = I0α α açısal ivmesi θ nın 2. türevidir:

θ00+ mgd

I0 sin θ= 0 H Küçük açılı salınımlar için sin θ ≈ θ ,

mgd

(50)

Yine, basit harmonik hareket denklemi yapısı.H

Buradan ω açısal frekansı ve T = 2π/ω periyodu bulunur:

T = 2π s

I0

mgd (Fiziksel sarkacın periyodu)

H

Kütle merkezine göre eylemsizlik momenti için paralel eksenler teoremi kullanılır:

I0 = IKM+ m d2

(51)

Yine, basit harmonik hareket denklemi yapısı.H

Buradan ω açısal frekansı ve T = 2π/ω periyodu bulunur:

T = 2π s

I0

mgd (Fiziksel sarkacın periyodu)

H

Kütle merkezine göre eylemsizlik momenti için paralel eksenler teoremi kullanılır:

I0 = IKM+ m d2

(52)

Yine, basit harmonik hareket denklemi yapısı.H

Buradan ω açısal frekansı ve T = 2π/ω periyodu bulunur:

T = 2π s

I0

mgd (Fiziksel sarkacın periyodu)

H

Kütle merkezine göre eylemsizlik momenti için paralel eksenler teoremi kullanılır:

I0 = IKM+ m d2

(53)

9.3 SÖNÜMLÜ HARMONİK HAREKET

Basit harmonik hareket ideal bir durumdur.

Gerçekte, sürtünme dolayısıyla genlik giderek azalır: Sönme (damping).H

Bir yaya bağlı kütleyi yağ kutusu içine koyalım.

H

Sıvılarda sürtünme kuvveti cismin hızıyla orantılıdır:

Fd = −b v (b : sönüm katsayısı) H

Newton yasası: F + Fd = ma

−kx − bv = md2x dt2 d2x

dt2 + b m

dx dt + k

mx= 0

(54)

9.3 SÖNÜMLÜ HARMONİK HAREKET

Basit harmonik hareket ideal bir durumdur.

Gerçekte, sürtünme dolayısıyla genlik giderek azalır: Sönme (damping).H

Bir yaya bağlı kütleyi yağ kutusu içine koyalım.

H

Sıvılarda sürtünme kuvveti cismin hızıyla orantılıdır:

Fd = −b v (b : sönüm katsayısı) H

Newton yasası: F + Fd = ma

−kx − bv = md2x dt2 d2x

dt2 + b m

dx dt + k

mx= 0

(55)

9.3 SÖNÜMLÜ HARMONİK HAREKET

Basit harmonik hareket ideal bir durumdur.

Gerçekte, sürtünme dolayısıyla genlik giderek azalır: Sönme (damping).H

Bir yaya bağlı kütleyi yağ kutusu içine koyalım.

H

Sıvılarda sürtünme kuvveti cismin hızıyla orantılıdır:

Fd = −b v (b : sönüm katsayısı) H

Newton yasası: F + Fd = ma

−kx − bv = md2x dt2 d2x

dt2 + b m

dx dt + k

mx= 0

(56)

9.3 SÖNÜMLÜ HARMONİK HAREKET

Basit harmonik hareket ideal bir durumdur.

Gerçekte, sürtünme dolayısıyla genlik giderek azalır: Sönme (damping).H

Bir yaya bağlı kütleyi yağ kutusu içine koyalım.

H

Sıvılarda sürtünme kuvveti cismin hızıyla orantılıdır:

Fd = −b v (b : sönüm katsayısı) H

Newton yasası: F + Fd = ma

−kx − bv = md2x dt2 d2x

+ b dx + k

= 0

(57)

Denklemin çözümü:

Üstel olarak azalan bir harmonik hareket:H

x = A e−(b/2m) t cos ωt ω = ω0

q

1 −b2/(4mω20) ω0 = p

k/mH

• Sürtünme sıfır (b= 0) ise basit harmonik.H

• Kritik sönüm: ω= 0 için cos 0= 1 olur ve cisim salınım yapmadan, genlik üstel olarak azalır:

ω2= ω20− b2

4m = 0 −→ b = √ 4k H

• Aşırı sönüm: Bu kritik b değeri üstünde salınım gözlenmez, cisim üstel olarak denge konumuna gelir.

(58)

Denklemin çözümü:

Üstel olarak azalan bir harmonik hareket:H

x = A e−(b/2m) t cos ωt ω = ω0

q

1 −b2/(4mω20) ω0 = p

k/mH

• Sürtünme sıfır (b= 0) ise basit harmonik.H

• Kritik sönüm: ω= 0 için cos 0= 1 olur ve cisim salınım yapmadan, genlik üstel olarak azalır:

ω2= ω20− b2

4m = 0 −→ b = √ 4k H

• Aşırı sönüm: Bu kritik b değeri üstünde salınım gözlenmez, cisim üstel olarak denge konumuna gelir.

(59)

Denklemin çözümü:

Üstel olarak azalan bir harmonik hareket:H

x = A e−(b/2m) t cos ωt ω = ω0

q

1 −b2/(4mω20) ω0 = p

k/mH

• Sürtünme sıfır (b= 0) ise basit harmonik.H

• Kritik sönüm: ω= 0 için cos 0= 1 olur ve cisim salınım yapmadan, genlik üstel olarak azalır:

ω2= ω20− b2

4m = 0 −→ b = √ 4k H

• Aşırı sönüm: Bu kritik b değeri üstünde salınım gözlenmez, cisim üstel olarak denge konumuna gelir.

(60)

Denklemin çözümü:

Üstel olarak azalan bir harmonik hareket:H

x = A e−(b/2m) t cos ωt ω = ω0

q

1 −b2/(4mω20) ω0 = p

k/mH

• Sürtünme sıfır (b= 0) ise basit harmonik.H

• Kritik sönüm: ω= 0 için cos 0= 1 olur ve cisim salınım yapmadan, genlik üstel olarak azalır:

ω2= ω20− b2

4m = 0 −→ b = √ 4k H

• Aşırı sönüm: Bu kritik b değeri üstünde salınım gözlenmez, cisim üstel olarak denge konumuna gelir.

(61)

Denklemin çözümü:

Üstel olarak azalan bir harmonik hareket:H

x = A e−(b/2m) t cos ωt ω = ω0

q

1 −b2/(4mω20) ω0 = p

k/mH

• Sürtünme sıfır (b= 0) ise basit harmonik.H

• Kritik sönüm: ω= 0 için cos 0= 1 olur ve cisim salınım yapmadan, genlik üstel olarak azalır:

ω2= ω20− b2

4m = 0 −→ b = √ 4k H

(62)

9.4 ZORLAMALI HARMONİK HAREKET - REZONANS

Harmonik salınıcıya dışardan periyodik bir kuvvet uygulandığında rezonans gözlenir.H

Sönümlü düzenekte m kütlesine ω frekanslı Facos ωt dış kuvveti uygulanıyor.

H

Üç kuvvet için Newton yasası yazılır: F + Fd+ Fa cos ωt = ma

−kx − bdx

dt + Fa cos ωt = md2x dt2 H d2x

dt2 + b m

dx

dt + ω20x= Fa cos ωt

(63)

9.4 ZORLAMALI HARMONİK HAREKET - REZONANS

Harmonik salınıcıya dışardan periyodik bir kuvvet uygulandığında rezonans gözlenir.H

Sönümlü düzenekte m kütlesine ω frekanslı Facos ωt dış kuvveti uygulanıyor.

H

Üç kuvvet için Newton yasası yazılır: F + Fd+ Fa cos ωt = ma

−kx − bdx

dt + Fa cos ωt = md2x dt2 H d2x

dt2 + b m

dx

dt + ω20x= Fa cos ωt

(64)

9.4 ZORLAMALI HARMONİK HAREKET - REZONANS

Harmonik salınıcıya dışardan periyodik bir kuvvet uygulandığında rezonans gözlenir.H

Sönümlü düzenekte m kütlesine ω frekanslı Facos ωt dış kuvveti uygulanıyor.

H

Üç kuvvet için Newton yasası yazılır:

F + Fd+ Fa cos ωt = ma

−kx − bdx

dt + Fa cos ωt = md2x dt2 H

d2x dt2 + b

m dx

dt + ω20x= Fa cos ωt

(65)

9.4 ZORLAMALI HARMONİK HAREKET - REZONANS

Harmonik salınıcıya dışardan periyodik bir kuvvet uygulandığında rezonans gözlenir.H

Sönümlü düzenekte m kütlesine ω frekanslı Facos ωt dış kuvveti uygulanıyor.

H

Üç kuvvet için Newton yasası yazılır:

F + Fd+ Fa cos ωt = ma

−kx − bdx

dt + Fa cos ωt = md2x dt2 H d2x

+ b dx

+ ω2x= F cos ωt

(66)

Çözüm: x = A cos(ωt + φ)

A = Fa/m

q

2−ω20)2+ b2ω2/m2

H

Oluşan hareket ( cos ωt den dolayı) yine basit harmonik harekettir. H

A genliği uygulanan kuvvetin frekansına bağlıdır.H

Rezonans olayı.

ω → ω0 olduğunda, salınıcının gen- liği aşırı artar. Buna rezonans denir.

Rezonans bazı durumlarda istenen, bazı durumlarda zararlı bir olaydır.

∗ ∗ ∗ 9. Bölümün Sonu ∗ ∗ ∗

(67)

Çözüm: x = A cos(ωt + φ)

A = Fa/m

q

2−ω20)2+ b2ω2/m2

H

Oluşan hareket ( cos ωt den dolayı) yine basit harmonik harekettir. H

A genliği uygulanan kuvvetin frekansına bağlıdır.H

Rezonans olayı.

ω → ω0 olduğunda, salınıcının gen- liği aşırı artar. Buna rezonans denir.

Rezonans bazı durumlarda istenen, bazı durumlarda zararlı bir olaydır.

∗ ∗ ∗ 9. Bölümün Sonu ∗ ∗ ∗

(68)

Çözüm: x = A cos(ωt + φ)

A = Fa/m

q

2−ω20)2+ b2ω2/m2

H

Oluşan hareket ( cos ωt den dolayı) yine basit harmonik harekettir. H

A genliği uygulanan kuvvetin frekansına bağlıdır.H

Rezonans olayı.

ω → ω0 olduğunda, salınıcının gen- liği aşırı artar. Buna rezonans denir.

Rezonans bazı durumlarda istenen, bazı durumlarda zararlı bir olaydır.

∗ ∗ ∗ 9. Bölümün Sonu ∗ ∗ ∗

(69)

Çözüm: x = A cos(ωt + φ)

A = Fa/m

q

2−ω20)2+ b2ω2/m2

H

Oluşan hareket ( cos ωt den dolayı) yine basit harmonik harekettir. H

A genliği uygulanan kuvvetin frekansına bağlıdır.H

Rezonans olayı.

ω → ω0 olduğunda, salınıcının gen- liği aşırı artar. Buna rezonans denir.

Rezonans bazı durumlarda istenen, bazı durumlarda zararlı bir

Şekil

Updating...

Referanslar

Benzer konular :