2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Коэф. затухания пружинного маятника vs. свойства пружины
Сообщение06.04.2021, 19:02 
Аватара пользователя


19/06/14
78
Уважаемые Коллеги,

есть линейная пружина с прикрепленной массой совершающая затухающие колебания $\ddot x(t) +2\beta \dot x(t) +\omega_0^2x(t)=0$. Все формулы для решения известны и доступны.

Меня интересует зависимость $\beta$ от свойств системы. Пусть $\beta=\beta_1+\beta_2$.

Первый фактор это сила сопротивления среды $\beta_1$, которая зависит от площади сечения прикрепленного тела и динамической вязкости среды, напр. для шарика описывается формулой Стокса $F_r=6\pi r\eta v$. Этот фактор включает в себя сопротивление движению пружины, который тоже можно как-то оценить. Понимаю, что здесь можно обсуждать применимость зависимости от $v$, а не $v^2$ и другие детали, но мой вопрос не про это.

Если мы пренебрежём сопротивлением среды, то колебания будут по-прежнему затухающие. В этом случае из-за изменения внутренней энергии пружины, её нагревания.
Вопрос - как оценить $\beta_2$ в этом случае на основе свойств пружины - количества витков, толщины проволоки (прута), материала и т.д. Есть формулы, которые связывают жесткость пружины и с количеством витков и диаметром, но мне нужно оценить потери механической энергии системы. Можем ли мы утверждать, что $\beta_2$ тоже стоит перед $v$? Также меня интересует соотношение $\frac{\beta_1}{\beta_2}$. Предполагаю, что для воздуха и маленького тяжелого груза $\beta_2\gg \beta_1$.

Колебания кристаллической решётки, изменение среднего расстояния между атомами металла, физика фононов, связь энергии решётки со средней энергией нормальных колебаний, тензор деформаций? В каком направлении двигаться? Опять же предполагаю, что тут много эмпирических и полуэмпирических моделей.

Буду признателен за ссылки и советы.

 Профиль  
                  
 
 Re: Коэф. затухания пружинного маятника vs. свойства пружины
Сообщение18.04.2021, 13:57 
Аватара пользователя


19/06/14
78
Мне удалось частично получить ответ на мой вопрос.

1. Есть социально близкая тема в другой ветке
topic142001.html

2. Вопрос неприменимости записанного выше уравнения для $\beta_2$ обсуждается напр. в статье
Josué Njock Libii "Demonstration of energy dissipation in a spring-mass system undergoing free oscillations in air".
Наверное, есть что-то более уважаемое и цитируемое, но я не нашел.

3. Мне посоветовали ознакомится с главой 15 книги V. Berdichevsky "Variational Principles of Continuum Mechanics", а также параграфом 17.6 этой же книги, в которой пружина рассматривается как эквивалентный стержень.

Мне кажется, что должны быть какие-то полуэмпирические модели. Возьмём, например, пружинный механизм в космосе, кто-то же должен был об этом думать.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 2 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


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:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group