Lenke i rør

Her kan brukere av forum utfordre hverandre med morsomme oppgaver og nøtter man ønsker å dele med andre. Dette er altså ikke et sted for desperate skrik om hjelp, de kan man poste i de andre forumene, men et sted for problemløsing på tvers av trinn og fag.

Moderatorer: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

Svar
daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Da var det studiestart i Statene, og jeg har endelig kommet meg i gang med bachelorgraden min. Jeg har hoppet på et introkurs i mekanikk, og er nettopp ferdig med første oppgavesett. Her følger en av de mer interessante problemene derifra:

Et friksjonsfritt rør ligger i det vertikale planet, og har form som en kontinuerlig funksjon som har endepunktene i samme høyde, men er ellers vilkårlig. En lenke med uniform masse per lengdeenhet ligger inne i røret, fra ende til ende. Vis at lenken ligger i ro.
Badeball
Cantor
Cantor
Innlegg: 134
Registrert: 13/06-2008 22:15
Sted: Bergen

Jeg kan vise det hvis man antar at den er deriverbar nesten overalt, men ikke hvis det er en skikkelig patologisk funksjon som ikke er det. Da kan man gjøre kalkulus på den og vise at snordraget i endene blir null.
Charlatan
Guru
Guru
Innlegg: 2499
Registrert: 25/02-2007 17:19

Skriv gjerne løsningen!
Badeball
Cantor
Cantor
Innlegg: 134
Registrert: 13/06-2008 22:15
Sted: Bergen

La y(x) være funksjonen for røret. Gitt at funksjonen er deriverbar (resultatet kan lett utvides til funksjoner som er deriverbare nesten overalt), så kan man gjøre slik:

Vi ønsker å finne snordraget i ene enden på tauget. La lambda være massetettheten til tauet. Da har vi at et massedifferensial til tauet er gitt ved:

[tex]dm = \lambda ds = \lambda \sqrt{1 + \(\frac{dy}{dx}\)^2}dx[/tex]

La theta være vinkelen tangenten til et punkt danner med x-aksen. Da har vi at [tex]\tan \theta = \frac{dy}{dx}[/tex]. Vi får da at bidraget tyngden til dm tilfører snordraget (negativt bidrag når dm ligger i oppoverbakke, da dytter den liksom bakover isteden for å dra).

[tex]dF = -g \cdot dm \cdot \sin \theta = -g \lambda \sqrt{1 + \(\frac{dy}{dx}\)^2}dx \cdot \frac{\tan \theta}{sqrt{1 + \tan^2 \theta}} = -g\lambda \frac{dy}{dx} dx = -g\lambda dy[/tex]

Integrerer man dette, ser man at snordraget/snordyttingen blir avhengig av høydeforskjellen, som blir null når man tar hele tauet.
Svar