1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : المعادلات التفاضلية و التكاملية : معادلات تفاضلية :

Damped Simple Harmonic Motion

المؤلف:  Papoulis, A

المصدر: 

الجزء والصفحة:  ...

11-6-2018

1345

Damped Simple Harmonic Motion

Adding a damping force proportional to x^. to the equation of simple harmonic motion, the first derivative of x with respect to time, the equation of motion for damped simple harmonic motion is

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

(1)

where beta is the damping constant. This equation arises, for example, in the analysis of the flow of current in an electronic CLR circuit, (which contains a capacitor, an inductor, and a resistor). The curve produced by two damped harmonic oscillators at right angles to each other is called a harmonograph, and simplifies to a Lissajous curve if beta_1=beta_2=0.

The damped harmonic oscillator can be solved by looking for trial solutions of the form x=e^(rt). Plugging this into (1) gives

 (r^2+betar+omega_0^2)e^(rt)=0

(2)

 r^2+betar+omega_0^2=0.

(3)

This is a quadratic equation with solutions

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

(4)

There are therefore three solution regimes depending on the sign of the quantity inside the square root,

 D=beta^2-4omega_0^2.

(5)

The three regimes are summarized in the following table.

D regime
D<0 underdamping
D=0 critical damping
D>0 overdamping

If a periodic (sinusoidal) forcing term is added at angular frequency omega, the same three solution regimes are again obtained. Surprisingly, the resulting motion is still periodic (after an initial transient response, corresponding to the solution to the unforced case, has died out), but it has an amplitude different from the forcing amplitude.

The particular solution x^*(t) to the forced second-order nonhomogeneous ordinary differential equation

 x^..+p(t)x^.+q(t)x=Ccos(omegat)

(6)

due to forcing can be found using variation of parameters to be given by the equation

 x^*(t)=-x_1(t)int(x_2(t)g(t))/(W(t))dt+x_2(t)int(x_1(t)g(t))/(W(t))dt,

(7)

where x_1(t) and x_2(t) are the homogeneous solutions to the unforced equation

 x^..+p(t)x^.+q(t)x=0

(8)

and W(t) is the Wronskian of these two functions. Once the sinusoidal case of forcing is solved, it can then be generalized to any periodic function by expressing the periodic function in a Fourier series.


REFERENCES:

Papoulis, A. "Motion of a Harmonically Bound Particle." §15-2 in Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 524-528, 1984.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي