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 На страницу 1, 2, 3  След.
 
 моделирование поведения шарика в потоке воздуха
Сообщение05.02.2009, 23:36 


05/02/09
24
У нас есть шарик, который находится в восходящем воздушном потоке воздуха. Пусть также сила давления со стороны потока уравновешивается силой тяжести и шарик просто "висит" на определенной высоте. Интересует взаимодействие (столкновение) нашего шарика с другим (пусть даже идентичным) шариком.
Вопрос:
если мы "ударим" шарик, после чего он начнет движение, что заставит его остановится? Если мы рассмотрим центральный удар шаров, закон сохранения импульса, то найдем скорость, которую приобретет шар после столкновения. Но как узнать когда шарик остановится?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 00:36 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
LittleLamer в сообщении #183935 писал(а):
если мы "ударим" шарик, после чего он начнет движение, что заставит его остановится?

Сопротивление воздуха.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 13:37 


05/02/09
24
На форуме находил формулу силы сопротивления воздуха:
\[
F \left( v \right) = C\rho v^2 S
\]
где С - коэффициент формы
Но, зная это, как получить уравнение движения шарика?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 14:49 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
LittleLamer писал(а):
На форуме находил формулу силы сопротивления воздуха:
\[
F \left( v \right) = C\rho v^2 S
\]
где С - коэффициент формы
Но, зная это, как получить уравнение движения шарика?

Уравнение движения в каком направлении? Формально - решайте обычную задачу теории удара - находите начальную скорость, а потом уравнение движения под действием одной лишь тормозящей аэродинамической силы.

Формулу эту обычно записывают иначе
$$F=c \frac{\rho v^2}{2} S$$
здесь $$\frac{\rho v^2}{2}$$ имеет определенный физический смысл, хотя для расчетов это не столь важно (можно 1/2 загнать в коэффициент).

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 16:20 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


15/10/08
12519
Интересует реальная ситуация или умозрительная? А то, если например, шарики брать от подшипника, то восходящий поток должен быть весьма неслабым) Кстати, стандартным \[C_x \] шара вы здесь не обойдетесь, нужно еще учитывать интерференцию шариков. Кроме того, если восходящий поток турбулентный, то шарики могут вообще никогда не остановиться, так и будут болтаться пока турбину не выключите...

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 18:30 
Заблокирован
Аватара пользователя


25/07/06

38
Москва
можем решить такую задачу

сложность задачи будет зависеть от того "что такое шарик"?

т.е. как его надо описать?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 20:59 


05/02/09
24
Цитата:
Формально - решайте обычную задачу теории удара - находите начальную скорость, а потом уравнение движения под действием одной лишь тормозящей аэродинамической силы

Спасибо за толчок ), буду разбираться

Цитата:
Интересует реальная ситуация или умозрительная?

Даже умозрительная сойдет )

Цитата:
можем решить такую задачу

Благодарю, но интересно самому разобраться (это часть курсового проекта, тема будет эволюционировать, в идеале, впоть до дипломного и дальше)

Добавлено спустя 20 минут 54 секунды:

Цитата:
Формально - решайте обычную задачу теории удара - находите начальную скорость, а потом уравнение движения под действием одной лишь тормозящей аэродинамической силы

_______________________________________________________________________

Ладно, допустим меня интересует вопрос "какой путь проплывет шарик, если его начальная скорость после столкновения равна \[v_1 \]".
Я думаю так: силу сопротивления воздуха F принять постоянной, т.к. перемещение шарика будет максимум 5 см. Затем записать работу, совершаемую этой силой по торможению шарика:

\[A = F \cdot l\]

Но работа равна изменению кинетической энергии:

\[
A = \frac{{mv_1^2 }}
{2} - \frac{{mv_2^2 }}
{2}
\]

Но нас интересует путь до "остановки", следовательно
\[
v_2  = 0
\] а значит \[
A = \frac{{mv_1^2 }}
{2}
\]

Откуда
\[
F \cdot l = \frac{{mv_1^2 }}
{2}
\]
Далее по формуле находим путь \[l\].
Как Вы считаете, пройдет такой вариант?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение06.02.2009, 21:28 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
LittleLamer в сообщении #184224 писал(а):
Как Вы считаете, пройдет такой вариант?

Я смысла не вижу особого так изголяться. Надо просто решить обычное дифференциальное уравнение движения.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 00:08 


05/02/09
24
Цитата:
Я смысла не вижу особого так изголяться. Надо просто решить обычное дифференциальное уравнение движения


Потому и изголяюсь, что не знаю как его записать :oops: . Можете намекнуть?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 00:14 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
LittleLamer писал(а):
Цитата:
Я смысла не вижу особого так изголяться. Надо просто решить обычное дифференциальное уравнение движения


Потому и изголяюсь, что не знаю как его записать :oops: . Можете намекнуть?

Я немного не въехал. Про силу мы вроде выяснили - она записана выше. Правая часть у вас есть. А левая $$m\frac{dv}{dt}$$. Что-то я давно не встречал людей, которые не знают, что такое второй закон Ньютона.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 01:49 


05/02/09
24
Цитата:
Что-то я давно не встречал людей, которые не знают, что такое второй закон Ньютона


Второй закон-то я знаю, не знаю только как его правильно применить ). Хорошо, запишем такое уравнение:

\[
m\frac{{dv}}
{{dt}} = C_x \frac{{\rho v^2 }}
{2}S
\]

Решая его, найдем скорость как функцию времени. Затем проинтегрируем и надем перемещение как функцию времени. Я правильно понял?
А где взять коэффициент формы, т.е. в каком справочнике?

Добавлено спустя 1 час 6 минут 38 секунд:

Цитата:
надем перемещение как функцию времени


И вот что получаем, если я не совсем забыл математику за три курса:

\[
x(t) = \frac{{2m}}
{{C_x \rho S}}\ln \left| {\frac{{C_x \rho S}}
{{2m}}t - \frac{1}
{{v_2 }}} \right| - \frac{{2m\ln \frac{1}
{{v_2 }}}}
{{C_x \rho S}}
\]

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 02:38 
Заблокирован


16/03/06

932
LittleLamer в сообщении #184224 писал(а):
интересно самому разобраться (это часть курсового проекта, тема будет эволюционировать, в идеале, впоть до дипломного и дальше)

Сомневаюсь в успешности проекта. Ладно, как часть проекта, возможно, полезна эта затея. Но для дипломной работы не годится. Все-таки нужно проблему для дипломного проекта выбирать практическую. Сначала реальную проблему, взятую из собственного опыта или из списка заданных проблем, нужно исследовать экспериментально, сделать некоторые выводы из реальных опытов. Потом попытаться найти теоретическое обоснование выводов. Приблизительное, без дифференциалов. Потомки за Вас допишут с дифференциалами, если результат будет ценный.

Задачу с шариком тоже нужно сначало в эксперименте воспроизвести. Надули обычный воздушный шарик, отпустили - пусть падает. Он будет падать приблизительно с постоянной скоростью (не нужна аэродинамическая труба). На половине пути до пола щелкнем пальцем шарик сбоку. Измерим скорость снижения шарика (по времени падения), боковое смещение от удара (по отметкам на полу).
Какое мы априорное предположение делали? "Шарик сместится не более, чем на 5 см". А в опыте?
Кому польза от наблюдения? Ну, если только игрокам в бадминтон.
Второй шарик надуем, оба пусть падают, щелкаем по одному так, чтобы он о второй ударился. Наблюдаем результат. Если за десяток опытов чуда не обнаружим, то бросаем свою затею. И формулы не нужны, так как сам опыт ничего ценного не дал. Или дал?
Если дал - опишите на форуме это открытие.
Люди сначала аэроплан смастерили (эка невидаль!), полетели на нем (во чудо!), а потом уж аэродинамику взялись описывать (и совсем не те, кто полетел).

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 02:46 


05/02/09
24
Цитата:
Но для дипломной работы не годится

Ну это мааааленький кусочек, самое начало. В будущем должно получиться управление некоторым обьектом по части обогащения полезных ископаемых.
Спасибо

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 13:24 
Экс-модератор
Аватара пользователя


07/10/07
3368
LittleLamer писал(а):
Цитата:
Что-то я давно не встречал людей, которые не знают, что такое второй закон Ньютона


Второй закон-то я знаю, не знаю только как его правильно применить ). Хорошо, запишем такое уравнение:

\[
m\frac{{dv}}
{{dt}} = C_x \frac{{\rho v^2 }}
{2}S
\]

Так у Вас получается, что сила ускоряет, а не тормозит.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение07.02.2009, 22:40 


05/02/09
24
Цитата:
Так у Вас получается, что сила ускоряет, а не тормозит

Я вот думаю рассмотреть такое (допустим, шарик движется влево):
Изображение
\[
m\overrightarrow a  = \sum {\overrightarrow F }  = \overrightarrow G  + \overrightarrow F  + \overrightarrow {F_{} } 
\]
потом рассмотреть проекции на оси и в конечном итоге найти
\[
x = f\left( t \right)
\]
и \[
y = f\left( t \right)
\]

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 33 ]  На страницу 1, 2, 3  След.

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