المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر


Overdamped Simple Harmonic Motion  
  
1027   02:42 مساءً   date: 3-7-2018
Author : Papoulis
Book or Source : A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill
Page and Part : pp. 527-528

Overdamped Simple Harmonic Motion

SHOOverdamped

Overdamped simple harmonic motion is a special case of damped simple harmonic motion

 x^..+betax^.+omega_0^2x=0,

(1)

in which

 beta^2-4omega_0^2>0.

(2)

Therefore

 D=beta^2-4omega_0^2>0.

(3)

x_1 = e^(r_-t)

(4)

x_2 = e^(r_+t),

(5)

where

 r_+/-=1/2(-beta+/-sqrt(beta^2-4omega_0^2)).

(6)

The general solution is therefore

 x=Ae^(r_-t)+Be^(r_+t),

(7)

where A and B are constants. The initial values are

x(0) = A+B

(8)

x^.(0) = Ar_-+Br_+,

(9)

so

A = x(0)-(r_-x(0)-x^.(0))/(r_--r_+)

(10)

B = (r_-x(0)-x^.(0))/(r_--r_+).

(11)

The above plot shows an overdamped simple harmonic oscillator with omega=0.3beta=0.075 and three different initial conditions (A,B).

For a cosinusoidally forced overdamped oscillator with forcing function g(t)=Ccos(omegat), i.e.,

 x^..+betax^.+omega_0^2x=Ccos(omegat),

(12)

the general solutions are

x_1(t) = e^(r_1t)

(13)

x_2(t) = e^(r_2t),

(14)

where

r_1 = 1/2(-beta+sqrt(beta^2-4omega_0^2))

(15)

r_2 = 1/2(-beta-sqrt(beta^2-4omega_0^2)).

(16)

These give the identities

r_1+r_2 = -beta

(17)

r_1-r_2 = sqrt(beta^2-4omega_0^2)

(18)

and

omega_0^2 = 1/4[beta-(r_1-r_2)^2]

(19)

= r_1r_2.

(20)

We can now use variation of parameters to obtain the particular solution as

 x^*=x_1v_1+x_2v_2,

(21)

where

v_1 = -int(x_1(t)g(t))/(W(t))

(22)

v_2 = int(x_2(t)g(t))/(W(t))

(23)

and the Wronskian is

W(t) = x_1x^._2-x^._1x_2

(24)

= (r_2-r_1)e^((r_1+r_2)t).

(25)

These can be integrated directly to give

v_1 = -C/(r_2-r_1)(omegasin(omegat)-r_2cos(omegat))/(e^(r_2t)(r_2^2+omega^2))

(26)

v_2 = C/(r_2-r_1)(omegasin(omegat)-r_1cos(omegat))/(e^(r_1t)(r_2^2+omega^2)).

(27)

Integrating, plugging in, and simplifying then gives

x^*(t) = C(cos(omegat)(r_1r_2-omega^2)-sin(omegat)omega(r_1+r_2))/((r_1^2+omega^2)(r_2^2+omega^2))

(28)

= C/(sqrt(beta^2omega^2+(omega^2-omega_0^2)^2))cos(omegat+delta),

(29)

where use has been made of the harmonic addition theorem and

 delta=tan^(-1)((betaomega)/(omega^2-omega_0^2)).

(30)

 


REFERENCES:

Papoulis, A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 527-528, 1984.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.