[wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

[wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Ik zit met het voglende probleem:

Berekenen het traagheidsmoment van een schijfvormige plaat met een straal van 3 cm t.o.v. de middellijn m.b.v. een dubbelintegraal.

De massadichtheid van de schijf verandert volgens het kwadraat van de afstand tot een vast punt op de rand van de schijf.

Ik heb de volgende dubbelintegraal opgelsteld voor dit probleem op te lossen:
\(\int _{-3}^{3}\!\int _{-\sqrt {9-{x}^{2}}}^{\sqrt {9-{x}^{2}}}\!{y}^{2} \left( \left( x-3 \right) ^{2}+{y}^{2} \right) {dy}\,{dx} \)
Is de bovenstaande vergelijking correct ?

Berichten: 1.007

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Ik begrijp niet goed rond welke as je het traagheidsmoment wilt uitrekenen.

Voor de as die loodrecht op de plaat staat en door het middelpunt gaat:
\(I=\int_{-3}^{3} \int_{-\sqrt{9-x^2}}^{\sqrt{9-x^2}}y^2dydx\)
Voor de as die parallel aan de plaat loopt en door het middelpunt gaat:
\(I=\int_{-3}^{3} \int_{-\sqrt{9-x^2}}^{\sqrt{9-x^2}} \left( x^2+y^2 \right)dydx\)
EDIT: sorry ik had het verhaal van de massadichtheid over het hoofd gezien. Een momentje.

Berichten: 1.007

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

De massadichtheid van de schijf verandert volgens het kwadraat van de afstand tot een vast punt op de rand van de schijf.
Okee, in dit geval moet de as wel loodrecht op de plaat staan. In dat geval krijg ik:
\(I=\int_{-3}^{3} \int_{-\sqrt{9-x^2}}^{\sqrt{9-x^2}} \left( x^2+y^2 \right) \left( (3-x)^2 +y^2 \right)dydx\)
Dit aangezien
\(\rho=(3-x)^2+y^2\)
. Uiteraard afhankelijk van hoe je je assenstelsel kiest t.o.v. het "vaste punt op de rand van de cirkel".

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Wanneer ik de bovenstaande dubbelintegraal uitreken kom ik op
\(\frac{1215}{2}\cdot \pi \)
De vraag in mijn boek is druk het traagheidsmoment uit in functie van de massa.

Ik heb dus als volgt gewerkt:
\(massa=\rho \cdot \pi \cdot r^2 \)
wanneer ik
\(\frac{1215}{2}\cdot \pi \)
deel door
\(massa=\rho \cdot \pi \cdot r^2 \)
met
\(\rho=(3-0)^2+0^2\)
dan krijg ik als oplossing
\(\frac{15}{2} \cdot massa \)
.

In mijn boek staat als oplossing 5/2 M. Ik kan mijn fout nergens vinden, kan jij mij soms helpen.

Berichten: 1.007

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Maar voor de massa kun je toch niet zomaar zeggen dat
\(m=\rho \pi r^2\)
aangezien de dichtheid niet constant is. Het lijkt me dat je voor de massa ook een integraal moet opstellen.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

De vorige opdracht was bij een constante dichtheid en door snel te zijn heb ik gewoon dezelfde methode gebruikt. Ik ga jouw voorstel eens proberen uitwerken.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Ik heb voor de massa ook een integraal opgesteld:
\(\int _{-3}^{3}\!\int _{-\sqrt {9-{x}^{2}}}^{\sqrt {9-{x}^{2}}}\!\left( 3-x \right) ^{2}+{y}^{2x}{dy}\,{dx}\)
Wanneer ik deze ga uitrekenen dan krijg ik het volgende resultaat:
\(massa = \frac{243}{2} \pi \)
Als ik mijn dichtheid (
\(\frac{1215}{2}\cdot \pi \)
) in functie van mijn massa kom ik op dichtheid = 5 maal M. De oplossing in mijn cursus is 5/2 maal M.

Wat doe ik juist verkeerd ?

EDIT: ik moest nog enkele zaken aanpassen in mijn LaTex omdat ik bij mijn eigen topics enkel kan 'snel antwoorden' en dus geen voorbeeld functie heb :D

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Ik heb voor de massa ook een integraal opgesteld:

Als ik mijn dichtheid --> traagheidsmoment in functie van mijn massa kom ik op dichtheid -->traagheidsmoment = 5 maal M. De oplossing in mijn cursus is 5/2 maal M.

Wat doe ik juist verkeerd ?
:D sorry voor de bovenstaande fouten

Berichten: 1.007

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Ik kom ook uit op 5 en ik kan ook geen fouten ontdekken. Misschien hebben we de opdracht verkeerd geïnterpreteerd? Misschien kun je hem even letterlijk overnemen en hier plaatsen?

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Dit is de opgave letterlijk overgenomen, het begin lijk nogal raar maar dat komt omdat ze verder gaat op de vorige opgave (met constante dichtheid)
Beschouw nogmaals een schijfvormige plaat met een straal van 3, maar nu met een massadichtheid die verandert volgens het kwadraat van de afstand tot een vast punt op de rand van de schijf.

Bereken het traagheidsmoment van deze schijf t.o.v. de middellijn door het vast punt (met een dubbelintegraal in poolcoordinaten waarbij je de oorsprong gunstig kiest). Druk het resultaat uit in functie van de massa.

Berichten: 1.007

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Bereken het traagheidsmoment van deze schijf t.o.v. de middellijn door het vast punt.
Juist en dit miste ik dus eerder. Daarom vroeg ik ook welke van de twee assen het was.
Voor de as die loodrecht op de plaat staat en door het middelpunt gaat:
Voor de as die parallel aan de plaat loopt en door het middelpunt gaat:
Aangezien niet bekend was waar dat vaste punt lag ten opzichte van de rotatieas, kon het niet uitgerekend worden en daarom heb ik optie 1 gekozen, maar het is dus optie twee. Dat maakt wel even een verschil. Goed, het wordt dus:

We kiezen de oorsprong in het midden van de schijf met de x-as door de middellijn. De integraal is dan:
\(I=\int_{-3}^{3} \int_{-\sqrt{9-x^2}}^{\sqrt{9-x^2}} \rho y^2 dy dx\)
Het vaste punt kies ik dan bij x=3 en y=0, dan volgt:

en
\(\rho=(3-x)^2+y^2\)
waardoor de integraal wordt:
\(I=\int_{-3}^{3} \int_{-\sqrt{9-x^2}}^{\sqrt{9-x^2}} \left( y^2 \left( (3-x)^2 +y^2 \right) \right) dydx\)
Nu zou hij moeten lukken. Ik kom voor deze integraal op
\(\frac{1215}{4}\pi\)
dus ik geloof dat we goed zitten.

Gebruikersavatar
Berichten: 2.902

Re: [wiskunde] traagheidsmoment van een schijf

Inderdaad, nu komt het perfect uit.

Ik begrijp ook waar de fout zat, bedankt voor de duidelijke uitleg Sjakko !!

Reageer