1.1. Harmonijsko titranje i jednoliko gibanje po kružnici

Što je to periodično gibanje?

[latex]f=\frac{n}{t}[/latex]

[latex]T=\frac{1}{f}=\frac{t}{n}[/latex]

Usporedba kružnog gibanja i tiranja

Konstrukcija periodične funkcije

Jednadžba elongacije glasi:

[latex]x=A\sin \omega t[/latex]

Jednadžba nam pokazuje mijenjanje elongacije titranja s vremenom, odnosno početnom fazom. Prvo na apscisu unesemo prijeđeni (prebrisani) kut [latex]\theta[/latex] (što je jednako [latex]\omega t[/latex]) u radijanima, a na ordinatu unosimo elongaciju [latex]x[/latex] u metrima i označimo amplitudu [latex]A[/latex].

Na apscisi razdijelimo kut od [latex]2\pi[/latex] na osam dijelova i svakom dijelu pridružujemo vrijednost elongacije kao što je vidljivo na ilustraciji. Krivulja koju smo dobili zove se sinusoida.

Gornje relacije izvedene su za slučaj kada je u početnom trenutku sjena kuglice bila u ishodištu koordinatnog sustava. Za tu relaciju kažemo da je početna faza jednaka nuli. Ako je u početnom trenutku kuglica u položaju određenom nekim kutom [latex]\theta_0[/latex] (fazni kut), jednadžba elongacije ima oblik:

[latex]x=A\sin (\omega t+\theta_0)[/latex]

Za znatiželjne i one koji žele znati više

Grafički prikaz titranja s početnom fazom

Izračunajte

Zadatak 1.

Zadatak 2.

Amplituda harmonijskog titranja iznos [latex]5\operatorname{cm}[/latex], period [latex]6\operatorname{s}[/latex], a početna faza [latex]\frac{\pi }{3}[/latex].

a) Napišite jednadžbu harmonijskog titranja ako se tijelo giba u pozitivnom smjeru osi [latex]x[/latex].

b) Grafički prikažite titranje.

c) Odredite elongaciju nakon [latex]11\operatorname{s}[/latex].

a) jednadžba harmonijskog titranja:

[latex]x=5\operatorname{cm}\cdot \sin (\frac{\pi t}{3}+\frac{\pi }{3})[/latex]

c) odredi elongaciju nakon [latex]11\operatorname{s}[/latex].

[latex]x=0,05\operatorname{m}\cdot \sin (\frac{11\pi }{3}+\frac{\pi }{3})[/latex]

[latex]x=0,05\operatorname{m}\cdot \sin (4\pi )[/latex]

[latex]\sin 4\pi=0[/latex]

[latex]x=0\operatorname{m}[/latex]

Zadatak 3.

Odredite vrijeme potrebno tijelu koje harmonički titra da dođe iz položaja ravnoteže u elongaciju koja je jednaka polovini amplitude titranja. Period titranja iznosi [latex]T=12\operatorname{s}[/latex].

Zadano je:

[latex]x=\frac{A}{2}[/latex]

[latex]T=12\operatorname{s}[/latex]

S obzirom da za početni položaj možemo uzeti ravnotežni položaj, tada je početna faza jednaka nuli te je jednadžba titranja:

[latex]x=A\sin \frac{2\pi t}{T}[/latex]

Uvrstimo zadano u jednadžbu:

[latex]\frac{A}{2}=A\sin \frac{2\pi t}{12}[/latex]

 

Pokratimo poznate veličine:

[latex]0,5=\sin \frac{2\pi }{12}t[/latex]

[latex]0,5=\sin \frac{\pi }{6}t[/latex]

Na obje strane primjenimo funkciju [latex]\arcsin[/latex]

[latex]\frac{\pi }{3}=\frac{\pi }{6}t[/latex]

[latex]t=1\operatorname{s}[/latex]

Brzina i akceleracija gibanja tijela po kružnici

Akceleracija tijela koje se giba jednoliko po kružnici (centripetalna akceleracija) je

[latex]a=\frac{v^2}{r}=r\omega ^2[/latex]

Izračunajte

Sažetak