Дискуссионный математический форумМатематический форум
Математический форум Math Help Planet

Обсуждение и решение задач по математике, физике, химии, экономике

Теоретический раздел
Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]
новый онлайн-сервис
число, сумма и дата прописью

Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 13 ]  На страницу 1, 2  След.
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 19:24 
Не в сети
Гений
Зарегистрирован:
16 сен 2015, 13:47
Сообщений: 698
Cпасибо сказано: 6
Спасибо получено:
86 раз в 85 сообщениях
Очков репутации: 20

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
Прямая тонкая длинная трубка крутится в вертикальной плоскости (как пропеллер) с постоянной угловой скоростью [math]\omega>0[/math] вокруг горизонтальной оси. В трубке находится массивный шарик, который может без трения скользить по ее внутренней поверхности. Через [math]r[/math] обозначим расстояние от шарика до оси вращения трубки.
Известно, что [math]\sup_{t\ge 0}r(t)<\infty.[/math] Найти [math]\limsup_{t\to\infty} r(t)[/math]

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 20:35 
Не в сети
Beautiful Mind
Аватара пользователя
Зарегистрирован:
21 дек 2021, 01:39
Сообщений: 1706
Cпасибо сказано: 75
Спасибо получено:
325 раз в 312 сообщениях
Очков репутации: 70

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
Странно... Откуда известно, что [math]\sup{r(t)}< \infty[/math]? У меня решение расходящееся.

Рассмотрим неинерциальную СО, связанную с цилиндром.
На шарик действует центробежная сила [math]F_z=m \omega ^2r,[/math] а также проекция силы тяжести на ось цилиндра [math]F=mg\sin{ \omega t}.[/math]

Таким образом получаем дифур [math]\ddot{r}= \omega ^2r+g\sin{ \omega t}.[/math]

Его решение: [math]r=r_0e^{ \omega t}+\frac{ g }{ 2 \omega ^2 }\left[ \operatorname{sh}( \omega t) -\sin{( \omega t)} \right][/math]

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 20:43 
Не в сети
Гений
Зарегистрирован:
16 сен 2015, 13:47
Сообщений: 698
Cпасибо сказано: 6
Спасибо получено:
86 раз в 85 сообщениях
Очков репутации: 20

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
Exzellenz писал(а):
Странно... Откуда известно, что [math]\sup{r(t)}< \infty[/math]?

по условию
Exzellenz писал(а):

Таким образом получаем дифур [math]\ddot{r}= \omega ^2r+g\sin{ \omega t}.[/math]

верно
Exzellenz писал(а):

Его решение: [math]r=r_0e^{ \omega t}+\frac{ g }{ 2 \omega ^2 }\left[ \operatorname{sh}( \omega t) -\sin{( \omega t)} \right][/math]

уравнение второго порядка, а постоянная интегрирования одна?

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 20:50 
Не в сети
Гений
Зарегистрирован:
16 сен 2015, 13:47
Сообщений: 698
Cпасибо сказано: 6
Спасибо получено:
86 раз в 85 сообщениях
Очков репутации: 20

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
там есть, короче, ограниченное решение, а я допустил неаккуратность. Надо было говорить, что r это координата шарика на оси, проходящей через трубку, и соответственно предполагать |r(t)|<const
тогда все корректно. У меня написано, что r это расстояние, а это предполагает r>0 что не есть хорошо

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 21:23 
Не в сети
Beautiful Mind
Аватара пользователя
Зарегистрирован:
21 дек 2021, 01:39
Сообщений: 1706
Cпасибо сказано: 75
Спасибо получено:
325 раз в 312 сообщениях
Очков репутации: 70

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
wrobel писал(а):
по условию
Ясно, что по условию. Вопрос в том, кто и на каком основании придумал такое условие.
Впрочем, кажется, я где-то в чем-то наврал: похоже, это условие и в самом деле возможно.
Надо eщe помыслить.
wrobel писал(а):
уравнение второго порядка, а постоянная интегрирования одна?
Ну да, извиняюсь. Исправление: общее решение однородного ур-ния [math]r=c_1e^{ \omega t}+c_2e^{- \omega t},[/math] из начальных условий [math]c_1+c_2=r_0[/math]
Только на асимптотику это не влияет. Разве что положить [math]c_1=0, \; c_2=r_0.[/math] Только чем обосновать такой произвол?
Да и гиперболический синус все равно расходится.
Надо подумать.

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 21:41 
Не в сети
Гений
Зарегистрирован:
16 сен 2015, 13:47
Сообщений: 698
Cпасибо сказано: 6
Спасибо получено:
86 раз в 85 сообщениях
Очков репутации: 20

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
дифур, который вы написали, имеет множество ограниченных при t>0 решений
[math]r(t)=ce^{-\omega t}-\frac{g}{2\omega ^2}\sin\omega t[/math]

только эти решения удовлетворяют условию задачи.
Соответственно
[math]\limsup_{t\to\infty}r(t)=\frac{g}{2\omega ^2}[/math]

по модулю, разумеется, моих неаккуратностей

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 19 ноя 2023, 22:10 
Не в сети
Beautiful Mind
Аватара пользователя
Зарегистрирован:
21 дек 2021, 01:39
Сообщений: 1706
Cпасибо сказано: 75
Спасибо получено:
325 раз в 312 сообщениях
Очков репутации: 70

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
А куда вы дели гиперболический синус? Он получается как часное решение неоднородного дифура. Нельзя же его просто игнорировать?

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 20 ноя 2023, 09:38 
Не в сети
Гений
Зарегистрирован:
16 сен 2015, 13:47
Сообщений: 698
Cпасибо сказано: 6
Спасибо получено:
86 раз в 85 сообщениях
Очков репутации: 20

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
Проверьте прямым вычислением, что
[math]r(t)=c_1e^{-\omega t}+c_2e^{\omega t}-\frac{g}{2\omega ^2}\sin\omega t[/math]

есть общее решение дифура;
[math]\sup_{t\ge 0}|r(t)|<\infty\Longrightarrow c_2=0[/math]



Exzellenz писал(а):
А куда вы дели гиперболический синус? Он получается как часное решение неоднородного дифура.

он частное решение однородного дифура

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 20 ноя 2023, 10:26 
Не в сети
Light & Truth
Зарегистрирован:
10 дек 2013, 02:33
Сообщений: 3202
Cпасибо сказано: 258
Спасибо получено:
412 раз в 402 сообщениях
Очков репутации: 51

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
Exzellenz писал(а):
Странно... Откуда известно, что [math]\sup{r(t)}< \infty[/math]? У меня решение расходящееся.

Рассмотрим неинерциальную СО, связанную с цилиндром.
На шарик действует центробежная сила [math]F_z=m \omega ^2r,[/math] а также проекция силы тяжести на ось цилиндра [math]F=mg\sin{ \omega t}.[/math]

Таким образом получаем дифур [math]\ddot{r}= \omega ^2r+g\sin{ \omega t}.[/math]

Его решение: [math]r=r_0e^{ \omega t}+\frac{ g }{ 2 \omega ^2 }\left[ \operatorname{sh}( \omega t) -\sin{( \omega t)} \right][/math]


Спасибо Вам огромное за представленные ваши мысли и решения.

Никто кроме Вас здесь так не изъясняется.

Забыл упомянуть: Revos ещё очень хорошо расписывает.

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
 Заголовок сообщения: Re: Шарик в трубке
СообщениеДобавлено: 20 ноя 2023, 17:34 
Не в сети
Оракул
Зарегистрирован:
16 ноя 2022, 00:00
Сообщений: 811
Cпасибо сказано: 50
Спасибо получено:
271 раз в 258 сообщениях
Очков репутации: 68

Добавить очки репутацииУменьшить очки репутации
wrobel
Цитата:
Надо было говорить, что r это координата шарика на оси, проходящей через трубку, и соответственно предполагать |r(t)|<const
тогда все корректно. У меня написано, что r это расстояние, а это предполагает r>0 что не есть хорошо

всё равно не срастается. :no:

Тем не менее, последнее слагаемое в уравнении надо записать со знаком " [math]-[/math] ", и лучше с произвольной фазой.
[math]\ddot{ \mathsf{r} } = \omega ^{2} \cdot \mathsf{r} - \mathsf{g} \cdot \sin{ \left( \omega \mathsf{t} + \varphi _{0} \right) }[/math]
Ответ: [math]\mathsf{r} \left( \mathsf{t} \right) = \mathsf{c} 1 \cdot \mathsf{e} ^{ \omega \mathsf{t} } + \mathsf{c} 2 \cdot \mathsf{e} ^{ - \omega \mathsf{t} } + \frac{ \mathsf{g} }{ 2 \cdot \omega ^{2} } \cdot \sin{\left( \omega \mathsf{t} + \varphi _{0} \right) }.[/math]

Вернуться к началу
 Профиль  
Cпасибо сказано 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему    На страницу 1, 2  След.  Страница 1 из 2 [ Сообщений: 13 ]

 Похожие темы   Автор   Ответы   Просмотры   Последнее сообщение 
Найти давление воздуха в трубке

в форуме Школьная физика

dikarka2004

2

242

24 фев 2021, 23:26

Шарик в конусе

в форуме Интересные задачи участников форума MHP

wrobel

13

237

24 окт 2023, 11:57

Сфера, шарик, магниты

в форуме Дискуссионные математические проблемы

tigra-migra

3

561

30 янв 2018, 12:54

Шарик в конической воронке

в форуме Механика

searcher

16

1159

23 авг 2020, 14:50

Куда попадет шарик?

в форуме Теория вероятностей

chekrygin

15

286

02 ноя 2022, 08:44

Два симметрично вложенных квадрата и шарик

в форуме Геометрия

click110100

16

984

13 мар 2015, 21:34

Почему при перемещении подвеса будет двигаться шарик ?

в форуме Механика

clone_of_serega

26

628

28 янв 2022, 01:41

Найти вероятность того, что этот шарик будет белой

в форуме Теория вероятностей

Anton1268274

1

114

26 дек 2020, 16:27


Часовой пояс: UTC + 3 часа [ Летнее время ]



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  

Яндекс.Метрика

Copyright © 2010-2023 MathHelpPlanet.com. All rights reserved