[natuurkunde/wiskunde] trillende snaar

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 200

[natuurkunde/wiskunde] trillende snaar

De totale energie van een trillende snaar wordt gegeven door:

Of ook:
\(E(t)=\frac{1}{2} \int_0^L [ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] dx\)
met L de lengte van de snaar, u(x,t) de uitwijking op tijdstip t en plaats x, rho de massadichtheid en c de golfsnelheid.

Nu is de vraag: Laat zien dat als u(0,t) = 0 = u(L,t) voor alle t > 0, dan E(t) is constant.

Ik begon zelf zo:
\(\frac{dE}{dt}=\frac{1}{2} \int_0^L \frac{\partial}{\partial t}[ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] dx\)
Oftewel ik moet aantonen dat:
\(\frac{dE}{dt}=\frac{\partial}{\partial t}[ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] =0 \)
Nu denk ik dat ik gebruik moet maken van de golfvergelijking;
\(\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}= c^2 \frac{\partial^2 u}{\partial x^2}\)
maar ik zie niet in hoe ik dit zou moeten gebruiken in combinatie met de randvoorwaarden, wie kan me helpen?

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: [natuurkunde/wiskunde] trillende snaar

Nee, je gaat te snel. Je wilt de randvoorwaarden (voor x=0 en x=L) gebruiken, dus het is voor de hand liggend dat je iets met de integraal wilt doen (immers je integreert van x=0 tot x=L). Trouwens, even een flauwe opmerking:
Luuk1 schreef:
\(\frac{dE}{dt}=\frac{1}{2} \int_0^L \frac{\partial}{\partial t}[ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] dx\)
Oftewel
\(\frac{dE}{dt}=\frac{\partial}{\partial t}[ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] =0 \)
Klopt natuurlijk niet, want dE/dt is opeens veranderd ;) Je bedoelt "oftwel
\(\frac{\partial}{\partial t}[ \rho (\frac{\partial u}{\partial t})^2+ c^2 \rho (\frac{\partial u}{\partial x})^2] =0 \)
"

Maar goed, hoe wel: werk de afgeleide expliciet uit, en gebruik dan de golfvergelijking. Je komt dan hopelijk uit op
\(\frac{dE}{dt}=\rho c^2\int_0^L\left[\frac{\partial u}{\partial t}\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}+\frac{\partial u}{\partial x}\frac{\partial^2 u}{\partial t \partial x}\right]dx\)
Het idee is nu dat je in hetgeen tussen haken een totale afgeleide naar x herkent, wat je dus direct kunt integreren naar x:
\(\frac{dE}{dt}=\rho c^2\int_0^L\frac{\partial}{\partial x}\left[\cdots \right]dx=\rho c^2\left[...\right]_{x=0}^{x=L}\)
Nu kun je de randvoorwaarden gebruiken om te besluiten dat dit nul oplevert. Succes!
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Berichten: 200

Re: [natuurkunde/wiskunde] trillende snaar

Bedankt Phys, ik heb hem nu kunnen oplossen. Dat met dE/dt = .. was inderdaad fout, dat kwam omdat ik de latex code gekopieerd had ;) . Ik wou gisterenavond de afgeleiden ook eerst expliciet gaan uitwerken, maar ik kwam er maar niet uit hoe ik dat zou moeten doen. Kom ik er net achter dat ik de productregel was vergeten :s.

Ik heb in de oplossing wel gebruikt dat:

u(0,t) = 0 = u(L,t)

==>
\( \frac{\partial u}{\partial t} (0,t) = 0 = \frac{\partial u}{\partial t} (L,t)\)
Dat is toch correct?

Reageer