[natuurkunde] Snelheidsfunctie

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 316

Snelheidsfunctie

Een steen met massa m rolt van een helling met beginsnelheid \(v_0\). Een tegenwerkende kracht is snelheidsafhankelijk: F=kv1/2 met k een constante.

Nu moet ik uitdrukkingen vinden voor de sneheid en positie als functie van de tijd.

Ik definieer bergafwaarts als de positieve richting. Dan pas in Newton toe:
\(\sum F = -F = kv^{1/2} = ma\)
\(a = \frac{dv}{dt} = \frac{k}{m} v^{1/2}\)
Dit is een separabele differentiaalvergelijking:
\(\int \frac{dv}{v^{1/2}}=\int \frac{k}{m}dt\)
\(2v^{1/2}=\frac{k}{m}t\)
Hoe verwerk ik dit nu in een snelheidsfunctie met de beginsnelheid erin? De plaats functie maak ik dan door de snelheidsfunctie te integreren.

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Volgens mij heb ik hem zelf wel in de gaten, ik hoop dat iemand het kan verifieren.
\(\int \frac{dv}{v^{1/2}}=\int \frac{k}{m}dt\)
\(2\sqrt{v}=\frac{k}{m}t + C\)
Beginvoorwaarde: \(v(t=0)=v_0\).

Dus \(C=2\sqrt{v_0}\)
\(\sqrt{v}=\frac{k}{2m}t+\sqrt{v_0}\)
\(v(t)=\left( \frac{k}{2m}t+\sqrt{v_0} \right) ^2\)
Klopt dit?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

Ik mis g en de hellingshoek ...

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Excuses, dit vindt plaats op een vlak en F is de enige kracht die werkt (ook geen zwaartekracht). De kracht wordt overigens gegeven door F=-kv1/2. Zodat het minteken wegvalt bij Newton 2. Maar klopt het verder allemaal?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

Puntje schreef: wo 18 apr 2012, 00:15
Een steen met massa m rolt van een helling met beginsnelheid \(v_0\). Een tegenwerkende kracht is snelheidsafhankelijk: F=kv1/2 met k een constante.
Ik begrijp het nu zo:
\(F = -kv^{1/2} = ma\)
\(a = \frac{dv}{dt} =- \frac{k}{m} v^{1/2}\)
De oplossing van je dv is (op het teken na) in orde

Natuurkundig betekent dit dat de tegenwerkende kracht de snelheid v0 tot 0 reduceert.

Dit is natuurlijk in strijd met de redactie van de opgave (zie boven ...

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Nou we bewegen dus in de positieve x-richting en er werkt een tegengestelde kracht \(F=-k\sqrt{v}\). Die werkt in de negatieve x-richting, dus Newton 2 stel ik zo op:
\(
\sum F_x=-F=k\sqrt{v}
\)


Het minteken valt dus weg, of klopt dit niet?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

\(F=-k\sqrt{v}\)

Hier staat dat F tegengesteld gericht is aan v ... , is dat niet voldoende?

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Ja dat is waarschijn wel zo inderdaad. Anders zou de snelheid toenemen na verloop van tijd.

Bedankt in ieder geval!

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

Ok, laat, graag, je resultaat zien en interpreteer dit ook natuurkundig.

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Het resultaat is
\(v(t)=\left( \sqrt{v_0}-\frac{k}{km}t \right) ^2\)
.

Inderdaad klopt de beginvoorwaarde:
\(v(0)=v_0\)


Als ik een grafiek plot voor wat willekeurige waarden van de constanten, dan zien we inderdaad een v-t grafiek waar de snelheid daalt tot uiteindelijk 0. Ik denk dat het wel netjes is om een domein erbij te geven aangezien de grafiek weer stijgt nadat de snelheid 0 is.

Dus v(t) geldt voor
\(t \in \left[ 0, \frac{2m\sqrt{v_0}}{k} \right]\)


Edit: Als de kracht overigens doorgaat nadat de massa stilstaat dan is enige eis logischerwijs
\( t \geq 0\)
.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

Het is beter om te schrijven
\(\sqrt{v(t)}=\sqrt{v_0}-\frac{k}{km}t \)
.

Wat betekent dit natuurkundig?

Berichten: 316

Re: Snelheidsfunctie

Wat het natuurkundig voordeel is van deze notatie weet ik niet. Ik zou hoogstens absolute waarde strepen gebruiken om een negatieve oplossing van het kwadraat teniet te doen.

Klein typfoutje trouwens: de onderste k in de breuk moet een 2 zijn. :)

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: Snelheidsfunctie

Puntje schreef: ma 23 apr 2012, 19:22
Wat het natuurkundig voordeel is van deze notatie weet ik niet. Ik zou hoogstens absolute waarde strepen gebruiken om een negatieve oplossing van het kwadraat teniet te doen.

Klein typfoutje trouwens: de onderste k in de breuk moet een 2 zijn. :)
Ok, verbeter dat ...

Stel je fietst onder deze omstandigheden ... , op zeker moment stellen we t=0, wat doe jij?

Is er wind? Licht toe ...

Reageer