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So gehts:
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[quote="as_string"]Du hast nach wie vor den selben fundamentalen Denkfehler! Die Gleichgewichtslage ist uninteressant! Vergiss die einfach! Du hast eine feste "ungespannt"-Länge der Feder. Die ist fix und nur von der Feder abhängig. Wenn Du diese Länge veränderst, "speichert" die Feder eine Energie. Das ist völlig unabhängig davon, ob die Feder senkrecht steht oder etwas dranhängt oder nicht oder was auch immer (zumindest so lange sie selbst masselos ist). Auch wenn ein vertikales Federpendel gerade in der Gleichgewichtslage ist, hat die Feder eine Spannenergie gespeichert. Dafür ist aber die Lageenergie der Masse kleiner geworden. Da die Spannenergie mit dem Quadrat der Auslenkung größer wird, die Lageenergie im Schwerefeld aber linear kleiner wird, hat das effektive Potential (also beide potentielle Energiearten zusammen gerechnet) ein Minimum, das gleich der Gleichgewichtslage ist. Trotzdem ist in der Feder nach wie vor unverändert die Energie gespeichert. Vergiss also Dein Delta-L oder was auch immer Du jetzt schon wieder eingeführt hast! Die Potentielle Energie setzt sich aus [latex]\frac 1 2 k \Delta x ^2[/latex] und der Energie der beiden Massen im Schwerefeld zusammen. Das ist alles! Es gibt hier keine Gleichgewichtslage, die von Interesse wäre oder gar von der Drehung abhinge. Nochmal zum vertikalen Federpendel: Dass man da einfach von der Gleichgewichtslage als Koordinatenursprung ausgehen kann und das, was ich oben geschrieben habe, eigentlich weg lässt, liegt an einer einfachen Sache. Normalerweise würde man von einem Potential ausgehen: [latex]V_\text{Federpendel} = mgx + \frac 1 2 k x^2[/latex] Falls man den Ursprung von x mal auf das Ende der Feder im entspannten Zustand legt, also nicht wie üblich auf die Gleichgewichtslage. Diese hätte jetzt einen negativen x-Wert, nämlich gerade beim Minimum des obigen Potentials. Der ist logischerweise bei: [latex]x_0 = -\frac{mg}{k}[/latex] Wenn Du das Potential zu diesem Scheitelpunkt Koordinaten-Transformations-Technisch verschiebst und dann noch beachtest, dass man zum Potential beliebig konstante Werte addieren kann, dann bekommst Du erst das gewohnte Potential eines harm. Oszillators raus. Gruß Marco[/quote]
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Picassodrücker
Verfasst am: 16. Dez 2015 20:10
Titel:
as_string hat Folgendes geschrieben:
Oder habe ich jetzt was falsch?
Natürlich nicht ;-) Hab dann doch glatt in der Bewegungsgleichung noch ein
unterschlagen. Danke!
Puh, eine schwere Geburt
as_string
Verfasst am: 16. Dez 2015 10:52
Titel:
Stationär bedeutet doch aber gerade Gleichgewichtslage. Dann wäre doch Delta-x gerade nicht 0: Die Feder müsste beim höchsten Punkt (instabiles Gleichgewicht) eingedrückt sein und beim tiefsten leicht gestreckt.
Oder habe ich jetzt was falsch?
Gruß
Marco
Picassodrücker
Verfasst am: 15. Dez 2015 21:56
Titel:
Danke, der Rest ist ja dann eigentlich nur mehr Handwerk^^
Wir müssen dann auch noch stationäre Punkte ermitteln, für die ich dann schlussendlich mit
erhalte, dass
oder
oder bei beliebigem Winkel
, was mir mit dem Hebelgesetz durchaus sinnvoll erscheint.
Danke nochmal für deine Geduld
as_string
Verfasst am: 15. Dez 2015 21:03
Titel:
Ja genau! Das macht mich schon eher glücklich!
Sonst sah der Rest für mich ganz gut aus. Kommst Du mit diesem etwas einfacheren Ausdruck schon alleine weiter?
Gruß
Marco
Picassodrücker
Verfasst am: 15. Dez 2015 19:58
Titel:
Danke für die ausführliche Erklärung! Ich würde daraus schließen, dass meine ursprüngliche Formel:
(vorsichtig und ganz leise gesagt
) nicht ganz falsch war, ich aber
fälschlicherweise als Gleichgewichtslage interpretiert habe, nicht als Konstante, und
eben auf diese Gleichgewichtslage bezogen habe. Nur noch zur Erklärung: Wie (bzw. aus welchen Komponenten) sich die gesamte pot. Energie zusammensetzt, war mir vom Prinzip her eigentlich recht klar, Schwierigkeiten bereitet(e) mir, einen Ausdruck für
im Schwerefeld zu finden.
lg
as_string
Verfasst am: 15. Dez 2015 18:34
Titel:
Du hast nach wie vor den selben fundamentalen Denkfehler! Die Gleichgewichtslage ist uninteressant! Vergiss die einfach!
Du hast eine feste "ungespannt"-Länge der Feder. Die ist fix und nur von der Feder abhängig. Wenn Du diese Länge veränderst, "speichert" die Feder eine Energie. Das ist völlig unabhängig davon, ob die Feder senkrecht steht oder etwas dranhängt oder nicht oder was auch immer (zumindest so lange sie selbst masselos ist).
Auch wenn ein vertikales Federpendel gerade in der Gleichgewichtslage ist, hat die Feder eine Spannenergie gespeichert. Dafür ist aber die Lageenergie der Masse kleiner geworden. Da die Spannenergie mit dem Quadrat der Auslenkung größer wird, die Lageenergie im Schwerefeld aber linear kleiner wird, hat das effektive Potential (also beide potentielle Energiearten zusammen gerechnet) ein Minimum, das gleich der Gleichgewichtslage ist. Trotzdem ist in der Feder nach wie vor unverändert die Energie gespeichert.
Vergiss also Dein Delta-L oder was auch immer Du jetzt schon wieder eingeführt hast! Die Potentielle Energie setzt sich aus
und der Energie der beiden Massen im Schwerefeld zusammen. Das ist alles! Es gibt hier keine Gleichgewichtslage, die von Interesse wäre oder gar von der Drehung abhinge.
Nochmal zum vertikalen Federpendel: Dass man da einfach von der Gleichgewichtslage als Koordinatenursprung ausgehen kann und das, was ich oben geschrieben habe, eigentlich weg lässt, liegt an einer einfachen Sache. Normalerweise würde man von einem Potential ausgehen:
Falls man den Ursprung von x mal auf das Ende der Feder im entspannten Zustand legt, also nicht wie üblich auf die Gleichgewichtslage. Diese hätte jetzt einen negativen x-Wert, nämlich gerade beim Minimum des obigen Potentials. Der ist logischerweise bei:
Wenn Du das Potential zu diesem Scheitelpunkt Koordinaten-Transformations-Technisch verschiebst und dann noch beachtest, dass man zum Potential beliebig konstante Werte addieren kann, dann bekommst Du erst das gewohnte Potential eines harm. Oszillators raus.
Gruß
Marco
Picassodrücker
Verfasst am: 15. Dez 2015 11:50
Titel:
Ok, dass mein x(eq) konstant sein soll, hab ich verstanden. Ich tu mir allerdings noch ein bisschen schwer bei der potentiellen Energie. Also wenn ich in der Horizontalen bin und meine Feder um eine bestimmte Strecke
dehne, hab ich bezogen auf den Nullpunkt der pot. Energie,
eine Energie von:
Ok, nun dreh ich das Ding, die Gravitation verursacht eine Dehnung. Im Gleichgewichtspunkt bei
, d.h. bei maximalem Anteil der Gewichtskraft entlang des Stabes, gilt dann
mit
als Längenänderung gegenüber der vorigen Gleichgewichtsposition und somit:
(Das Minus ergibt mMn Sinn, weil die x-Komponente hier ja negativ ist, hab nur
verwendet, um die Länge vom
von oben zu unterscheiden). Schlussendlich würde sich für meine potentielle Energie bezogen auf
dann ergeben:
Sorry, ich weiß, das dürfte eigentlich nicht so schwer sein. Ich hatte bei solchen Beispielen allerdings noch nie mit rotierenden Systemen zu tun. Danke jedenfalls für deine Mühe!
Edit: Dann sollte ich
wohl auch anpassen^^
as_string
Verfasst am: 14. Dez 2015 07:38
Titel:
Das soll die Länge der entspannten Feder und nicht die Gleichgewichtslage in irgendeiner Drehposition sein!
Du musst doch eine potentielle Energie bestimmen. Die Energie in der Feder ist doch bei einer bestimmten Gesamtlänge immer die selbe, egal wie gerade die Schwerkraft steht und wie groß sie ist oder ob überhaupt eine vorhanden ist.
Den Einfluss des Gravitationspotentials hast Du doch so wie so noch gesondert in der potentiellen Energie mit berücksichtigt.
Die "natürliche Länge" ist eine Konstante, die nur durch die Feder selbst vorgegeben ist, ähnlich wie die Federhärte auch.
Gruß
Marco
Picassodrücker
Verfasst am: 14. Dez 2015 01:51
Titel:
Danke für die Antwort!
Da hab ich wohl unterschlagen, dass die Feder auch eine natürliche Länge hat. Aber während der Stab rotiert, ändert sich ja die Komponente der Gewichtskraft, die entlang des Stabes wirkt, oder? Bei
ist sie 0, bei
doch maximal, da
parallel auf den Stab steht? Damit müsste sich die Lage der Gleichgewichtsposition durch die zusätzlich wirkende Kraft ja auch ändern.
as_string
Verfasst am: 13. Dez 2015 23:55
Titel:
Dein x(eq) soll doch die umgespannte Länge der Feder sein. Das ist doch dann aber ein konstanter Wert. Warum soll der von sin(phi) abhängig sein dann? Das verstehe ich nicht.
Gruß
Marco
Picassodrücker
Verfasst am: 13. Dez 2015 21:59
Titel: Lagrange-Beispiel: rotierende Feder
Hallo,
ich bin mir bei einem Lagrange-Beispiel unsicher und würde euch deshalb gerne um Rat fragen
Gegeben ist ein masseloser Stab, der in einer vertikalen Ebene um einen Punkt O rotiert. Auf diesem Stab befindet sich im fixen Abstand
von O eine Masse
. Weiters befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite eine Masse
, die sich entlang des Stabes frei bewegen kann und mit O über eine Feder mit Federkonstante
verbunden ist:
Ich soll die zugehörige Lagrangefunktion finden.
Nun gut: Für mich hat das System zwei Freiheitsgrade: den Winkel
und die Auslenkung von
aus der Gleichgewichtslage,
. Für die Energien der Massen bekomme ich dann unter Voraussetzung einer nach unten wirkenden Schwerkraft und wenn ich den Nullpunkt der pot. Energie in die horizontale Ebene von O lege:
Wobei:
Und somit:
Na ja, und dann kommt für die Lagrangefunktion halt irgendwas Unmögliches raus
Ich gehe mal davon aus, dass da etwas nicht passt, vielleicht könnte mir ja jemand auf die Sprünge helfen...
Danke im Voraus!