Ajankulua osaajille

Jospa kysäisen taas klassisen laskutehtävän

Jännitetyn jousen varassa on massa 1kg, jousi on jännitetty 0-asennostaan vaakasuuntaan 5cm etäisyydelle ja voima on tässä kohtaa 5 N.
Kyseessä on lautasjousi, jonka voima kasvaa 2 cm matkalla niin että se noudattaa muotoa 1/s, siis 3 cm kohdalla voima on 25/3 N.

Kuinka kauan massan liike paikaltaan tuohon 3 cm kohdalle kestää kun jousi vapautetaan ?

Jousen massa ja muut muuttujat jätetään huomiotta.

45

306

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • joutsilauta

      Lasketaan nyt jotakin. ½k*(5/100)^2=½k*(3/100)^2 ½mv^2=>v^2=k*(2/5)^2.

      y`` k/y=0 (y=s, x=t)

      y`=p (p=v)
      y``=pdp/dx =>pdp/dx k/y=0=>pdp=-kdx/y

      p^2=-2k*lny p^2=v^2 , y=t =>4/25*k=-2k*ln(t)=>t=e^(-2/25) noin 0,9 s

      • joutsilauta

        Toi meni ihan päin h...ä, täytyy miettiä lisää


      • joutsilauta
        joutsilauta kirjoitti:

        Toi meni ihan päin h...ä, täytyy miettiä lisää

        Lasketaan nyt jotakin. ½k*(5/100)^2=½k*(3/100)^2 ½mv^2=>v^2=k*(2/5)^2.

        y`` k/y=0 (y=s, x=t)

        y`= dy/dx=p, y``=pdp/dy

        pdp/dy k/y=0=>pdp=-kdy/y=>½*p^2=-k(lnC*y) v^2=p

        k*4/25=-2k*ln(C*3)=>C=(e^(-2/25))/3

        (y`)^2 2k*ln(C*y)=0, (k =25), en jaksa enempää, varmaan tämäkin väärin


      • joutsi...
        joutsilauta kirjoitti:

        Lasketaan nyt jotakin. ½k*(5/100)^2=½k*(3/100)^2 ½mv^2=>v^2=k*(2/5)^2.

        y`` k/y=0 (y=s, x=t)

        y`= dy/dx=p, y``=pdp/dy

        pdp/dy k/y=0=>pdp=-kdy/y=>½*p^2=-k(lnC*y) v^2=p

        k*4/25=-2k*ln(C*3)=>C=(e^(-2/25))/3

        (y`)^2 2k*ln(C*y)=0, (k =25), en jaksa enempää, varmaan tämäkin väärin

        ainakin toi p^2=v^2


    • Näinkö?

      ms'' = m*dv/dt = -k/s, k = 0,25 Nm
      Koska d/dt (ln(s/so)) = 1/s*ds/dt = v/s, saadaan
      d/dt (ln(s/so)) = -m/k*v*dv/dt = -m/(2*k)*d(v^2)/dt
      Integroimalla saadaan ln(s/so) = -m*v^2/2*k, joten
      v = sqrt(2*k/m*ln(so/s) ja s = so*exp(-m*v^2/2*k)
      dt = ds/v, sijoittamalla edelliset ja intergroimalla saadaan T

      • Joo nuin !

        Mutta miksi kaavasta
        v = sqrt(2*k/m*ln(so/s), pitäisi ratkaista s ?

        kun dt= ds/v , niin sehän voidaan integroida suoraan em kaavasta.

        Helppous vaan näyttää loppuvan tähän vaiheeseen.


      • Näinkö?
        Joo nuin ! kirjoitti:

        Mutta miksi kaavasta
        v = sqrt(2*k/m*ln(so/s), pitäisi ratkaista s ?

        kun dt= ds/v , niin sehän voidaan integroida suoraan em kaavasta.

        Helppous vaan näyttää loppuvan tähän vaiheeseen.

        Differentrioimalla ja sijoittamalla saadaan T:lle integraali funktiosta exp(-v^2) mikä ei ratkea suljetussa muodossa.


      • Noinko?
        Näinkö? kirjoitti:

        Differentrioimalla ja sijoittamalla saadaan T:lle integraali funktiosta exp(-v^2) mikä ei ratkea suljetussa muodossa.

        Siis ds = so*exp(-m*v^2/2*k)*(-m/k)*vdv
        Mistä dt = so*exp(-m*v^2/2*k)*(-m/k)*dv
        v:n intergointi nollasta nopeuteen v1=sqrt(2*k/m*ln(so/s1)


    • Ehkä tällain
    • 1+12
      • aeija

      • Noinkohan?
        aeija kirjoitti:

        http://aijaa.com/CoXJ5H

        onkohan toi kuvakaan edes oikein ?

        Ei mielestäni, koska lähtötila oli 5 cm ja lopputila 3 cm.


      • rty...
        Noinkohan? kirjoitti:

        Ei mielestäni, koska lähtötila oli 5 cm ja lopputila 3 cm.

        Voima on alkutilassa 5 cm kohdalla 5 N ja lopputilassa 3 cm kohdalla 25/3 N ?

        Eihän tuo voi noin mennä.

        Aloitus on niin sekava, että ei tuota viitsi alkaa laskemaan, kun ei saa alkutilanteesta ja jousen ominaisuuksista selvää.


      • aeija

      • aeija

      • Kyllä vaan
        rty... kirjoitti:

        Voima on alkutilassa 5 cm kohdalla 5 N ja lopputilassa 3 cm kohdalla 25/3 N ?

        Eihän tuo voi noin mennä.

        Aloitus on niin sekava, että ei tuota viitsi alkaa laskemaan, kun ei saa alkutilanteesta ja jousen ominaisuuksista selvää.

        Kalvojousen ominaisuus on juuri se että sen puristusvoima kasvaa tiettyyn maksimiin nollakohtiensa välillä ja heikkenee sitten .

        Tehtävässä on yksinkertaistettu jousivoima muotoon 1/s, todellisuudessa se on jotain (cos(x)-c)*sin(x)

        Tehtävä kuvaa likimain jousen tartuntanopeutta.


      • Kuva valehtelee
        aeija kirjoitti:

        http://aijaa.com/CoXJ5H

        onkohan toi kuvakaan edes oikein ?

        Sulla kulkee lautasjousessa x- väärään suuntaan.
        Siis 3 ja 5 vaihtaa paikkaa.


      • Niin niin
        rty... kirjoitti:

        Voima on alkutilassa 5 cm kohdalla 5 N ja lopputilassa 3 cm kohdalla 25/3 N ?

        Eihän tuo voi noin mennä.

        Aloitus on niin sekava, että ei tuota viitsi alkaa laskemaan, kun ei saa alkutilanteesta ja jousen ominaisuuksista selvää.

        Tarkoitus ei liene puuttua lautasjousen mekaniikkaan, vaan laskentaan kun voima muuttuu esitetyn mukaisesti.


      • aeija
        Kuva valehtelee kirjoitti:

        Sulla kulkee lautasjousessa x- väärään suuntaan.
        Siis 3 ja 5 vaihtaa paikkaa.

        -1/(4x) on voiman muutosnopeus. Alussa jousi on sen viisi senttiä jännitettynä, eli voima on 5 N, ja kun se jousi palautuu lepotilaan voima pienenee nollaan. koordinaatisto on ikäänkuin suhteellinen, siksi juuri vaihdoin tuon integrointirajankin 0.02:ksi, koska sen verranhan siinä vaan jousi palautuu.


      • aeija
        aeija kirjoitti:

        Tuo integrointiraja on kyllä vaihdettava 0.02:ksi, ei siinä muuten mitään johdonmukaisuutta ole. Aika putoo aika lailla (vitsi)

        http://www3.wolframalpha.com/input/?i=integrate 1/sqrt(-½*ln(20x)) from 0 to 0.02

        Jousen energia lähtöasemassa on ¼*ln(5/100), noin –1/4*3
        Jousen energia väliasemassa on ¼*ln(3/100), -1/4*3.5
        E lähtö on suurempi kuin E väli
        Energiaperiaatteella: 1/4ln(5/100)=1/4lnx ½m(dx/dt)^2

        ½ln(1/(20x)=(dx/dt)^2

        -½ln(1/(20x)=-(dx/dt)^2

        ½ln(20x)=-(dx/dt)^2

        (dx/dt)^2=-½ln(20x) , tuli yllättäen sama lauseke kuin aikaisemminkin , ja tuon kun integroi sillä liikevälillä x, joka on 0….0.02, niin t on sen 0,022


      • aeija
        aeija kirjoitti:

        Jousen energia lähtöasemassa on ¼*ln(5/100), noin –1/4*3
        Jousen energia väliasemassa on ¼*ln(3/100), -1/4*3.5
        E lähtö on suurempi kuin E väli
        Energiaperiaatteella: 1/4ln(5/100)=1/4lnx ½m(dx/dt)^2

        ½ln(1/(20x)=(dx/dt)^2

        -½ln(1/(20x)=-(dx/dt)^2

        ½ln(20x)=-(dx/dt)^2

        (dx/dt)^2=-½ln(20x) , tuli yllättäen sama lauseke kuin aikaisemminkin , ja tuon kun integroi sillä liikevälillä x, joka on 0….0.02, niin t on sen 0,022

        Kyllä minun on nyt myönnettävä, että noi integroimisrajat oli tässä koko ajan väärin.
        Jos tuohon laittaa oikeat, eli ne mitä minulle on koko ajan syötettykin 0,03...0,05, niin tulee 0,086 s
        http://www3.wolframalpha.com/input/?i=integrate 1/sqrt(-½*ln(20x)) from 0.03 to 0.0499999999999999


      • aeija
        rty... kirjoitti:

        Voima on alkutilassa 5 cm kohdalla 5 N ja lopputilassa 3 cm kohdalla 25/3 N ?

        Eihän tuo voi noin mennä.

        Aloitus on niin sekava, että ei tuota viitsi alkaa laskemaan, kun ei saa alkutilanteesta ja jousen ominaisuuksista selvää.

        jokohan se nyt olis

        http://aijaa.com/zXyZuG

        http://www3.wolframalpha.com/input/?i=integrate -1/sqrt(-½*ln(20x)) from 0.0499999999999999 to 0.03


      • Näinköhän?

      • aeija
        Näinköhän? kirjoitti:

        Joo mun menetelmällä, kun tarkkaan laskee, kolmella merkitsevällä numerolla sama.
        http://www.wolframalpha.com/input/?i=integrate 0.2*exp(-2*x^2) from 0 to 0.5054

        Kysyjällä oli aikaisemmin vaikea ohjustehtävä, joka ratkesi muuttujien vaihdolla, ja vähän epäilen, että tässäkin vaihdetaan jollain kohtaa muuttujia ja saatetaan kiertää koordinaatistoakin. Integroinnista tulee varmaan helppo, mutta minun järki ei riiitä noihin muuttujien vaihtoihin...


      • Näinköhän?
        aeija kirjoitti:

        Kysyjällä oli aikaisemmin vaikea ohjustehtävä, joka ratkesi muuttujien vaihdolla, ja vähän epäilen, että tässäkin vaihdetaan jollain kohtaa muuttujia ja saatetaan kiertää koordinaatistoakin. Integroinnista tulee varmaan helppo, mutta minun järki ei riiitä noihin muuttujien vaihtoihin...

        Muuttujien vaihtaminen tarkoittaa kai käänteisfunktiota. Funktion ja käänteisfunktion derivaatat ovat kai käänteislukujen vastalukuja. Jos ottaa sellaisen tuosta aeijan integroitavasta, tulee tuon mun integroitavan muotoa oleva (e-x^2) eli ei ratkea sekään suljetussa muodossa.


      • Integroija
        Näinköhän? kirjoitti:

        Muuttujien vaihtaminen tarkoittaa kai käänteisfunktiota. Funktion ja käänteisfunktion derivaatat ovat kai käänteislukujen vastalukuja. Jos ottaa sellaisen tuosta aeijan integroitavasta, tulee tuon mun integroitavan muotoa oleva (e-x^2) eli ei ratkea sekään suljetussa muodossa.

        Mitä ihmettä sinä kirjoittelet? Tuostahan selvästi tulee e x-x^3/3.


      • Näinköhän?
        Integroija kirjoitti:

        Mitä ihmettä sinä kirjoittelet? Tuostahan selvästi tulee e x-x^3/3.

        Siis 1/sqrt(lnx), käänteisvastaluku -sqrt(lnx), käänteisfunktio exp(-y^2)


      • Näinköhän?
        Näinköhän? kirjoitti:

        Siis 1/sqrt(lnx), käänteisvastaluku -sqrt(lnx), käänteisfunktio exp(-y^2)

        Jos vielä täsmennän ajatuskulkuani. Annatussa tehtävässä saadaan nopeus matkan funktiona v(s) tai käänteisesti matka nopeuden funktiona s(v). Aika voidaan integroida lausekkeesta ds/v, jolloin integroitavaksi tulee muotoa 1/sqrt(ln(s)) oleva funktio. Jos halutaan välttää singulariteetti, vaikkakin funktio on integroituva, voidaan integroida nopeuden suhteen: 1/v*(ds/dv)*dv. Tällöin integroitavaksi tulee exp(-v^2) oleva funktio.


      • Aloittaja.
        aeija kirjoitti:

        Kysyjällä oli aikaisemmin vaikea ohjustehtävä, joka ratkesi muuttujien vaihdolla, ja vähän epäilen, että tässäkin vaihdetaan jollain kohtaa muuttujia ja saatetaan kiertää koordinaatistoakin. Integroinnista tulee varmaan helppo, mutta minun järki ei riiitä noihin muuttujien vaihtoihin...

        Ei ole tällä kertaa mitään lisättävää.

        Katselen vain ihaillen luinka aiemmin ratkaisemattomaksi osoittautuneet ongelmat selviää lähes rutiinilla.

        Ps.
        Se aikaisemmin oli ajalta jolloin apuvälineinä oli taulukkokirjat ja laskutikku.


      • Lisätoiveita
        Aloittaja. kirjoitti:

        Ei ole tällä kertaa mitään lisättävää.

        Katselen vain ihaillen luinka aiemmin ratkaisemattomaksi osoittautuneet ongelmat selviää lähes rutiinilla.

        Ps.
        Se aikaisemmin oli ajalta jolloin apuvälineinä oli taulukkokirjat ja laskutikku.

        Etkö kuitenkin olisi voinut kysyä tehtävääsi selkosuomella, kun sinulla ilmeisestikin on ollut aikaa muutamia kymmeniä vuosia viilata kysymyksesi viimeistellyksi myös suomen kielen kannalta?

        Eikä noissa ratkaisuissa ole esitetty mitään sellaista, mikä ei olisi ollut tiedossa esimerkiksi 50 vuotta sitten.


      • Aloittaja.
        Lisätoiveita kirjoitti:

        Etkö kuitenkin olisi voinut kysyä tehtävääsi selkosuomella, kun sinulla ilmeisestikin on ollut aikaa muutamia kymmeniä vuosia viilata kysymyksesi viimeistellyksi myös suomen kielen kannalta?

        Eikä noissa ratkaisuissa ole esitetty mitään sellaista, mikä ei olisi ollut tiedossa esimerkiksi 50 vuotta sitten.

        Olen pahoillani jos ulosantini ei ole ollut kaikilta osin kaikille aukeava, nykyinen kielenkäyttö on muuiltakin osin aika kaukana omaksumastani.

        Ne kaikki tiedot varmaan oli jo aikoinaan olemassa, niiden saatavuus vaan oli silloin hieman hankalaa, toisaalta suosittu selitys pyyhkeen heittoon oli myös toteamus että opiskelijaelämään täytyy kuuluu paljon muutakin kuin näiden kanssa nyhrääminen.


      • zsexdrcft
        Lisätoiveita kirjoitti:

        Etkö kuitenkin olisi voinut kysyä tehtävääsi selkosuomella, kun sinulla ilmeisestikin on ollut aikaa muutamia kymmeniä vuosia viilata kysymyksesi viimeistellyksi myös suomen kielen kannalta?

        Eikä noissa ratkaisuissa ole esitetty mitään sellaista, mikä ei olisi ollut tiedossa esimerkiksi 50 vuotta sitten.

        Oliko Wolfram Alpha jo 50 vuotta sitten?


      • Ei tainnut
        zsexdrcft kirjoitti:

        Oliko Wolfram Alpha jo 50 vuotta sitten?

        Sen aikaiset "tietokoneiden" valtamerkit oli Rietz ja Darmstadt.

        Tässä selvitystä käyttöjärjestelmästä:

        http://fi.wikipedia.org/wiki/Laskutikku


    • Jotain ...

      On päädytty välitulokseen

      v = sqrt(2*k/m*ln(so/s).

      Tuosta edelleen saadaan yhtälö
      dt/ds = f(s)

      Pelkkä integrointi riittää t.n määritykseen s. n funktiona, vakio määräytyy kun t=0, s=5cm, ja sijoittamalla kaavaan s=3cm antaa yhtälö t.n

      nopeuden laskeminen tai integrointivälin arviointi on tarpeetonta.

      Luulisin. !

    • Näinköhän?

      v = sqrt(2*k/m*ln(so/s)) ja s = so*exp(-m*v^2/2*k)
      dt = -ds/v
      Differentioidaan s niin päästään singulariteetista
      ds = so*exp(-m*v^2/2*k)*(-m/k)*vdv
      Mistä dt = so*exp(-m*v^2/2*k)*(m/k)*dv=0,2*exp(0,5*v^2)dv
      v:n intergointi nollasta nopeuteen v1=sqrt(0,5*ln(0,05/0,03)=0,51
      http://www.wolframalpha.com/input/?i=integrate 0.2*exp(-1/2*x^2) from 0 to 0.51
      Tulos 0,098

    • Näinköhän?

      Tuloksen järkevyyden voisi vielä tarkistaa olettamalla vakiovoima F=25/4 N liikeradan keskikohdalta (4 cm). Tällöin:
      s0-s1=F/m*T^2/2 eli 0,05-0,03=25/8*T^2
      T=sqrt(0,0064)=0,08 eli samalla hehtaarilla.

      • Haarukkaa

        Huomasit kai että laskemasi 98 ms ei voi pitää paikkaansa.

        Pelkästään alkuarvolla 5m/s^2 aika olisi alle 90 ms ja kiihtyvyys vielä kasvaa matkan varrella.

        Kiihtyvyyden keskiarvon mukaan aika olisi 77 ms, joten noiden väliin se pitäisi osua.


      • Don Adams
        Haarukkaa kirjoitti:

        Huomasit kai että laskemasi 98 ms ei voi pitää paikkaansa.

        Pelkästään alkuarvolla 5m/s^2 aika olisi alle 90 ms ja kiihtyvyys vielä kasvaa matkan varrella.

        Kiihtyvyyden keskiarvon mukaan aika olisi 77 ms, joten noiden väliin se pitäisi osua.

        Kasikutonen on sitten hyvä


      • Näinköhän?
        Haarukkaa kirjoitti:

        Huomasit kai että laskemasi 98 ms ei voi pitää paikkaansa.

        Pelkästään alkuarvolla 5m/s^2 aika olisi alle 90 ms ja kiihtyvyys vielä kasvaa matkan varrella.

        Kiihtyvyyden keskiarvon mukaan aika olisi 77 ms, joten noiden väliin se pitäisi osua.

        Joo, tuli laskuvirhe tossa, piti olla dt=0,2*exp(2*v^2)dv eikä 0,2*exp(0,5*v^2)dv. Eli korjattuna: http://www.wolframalpha.com/input/?i=integrate 0.2*exp(-2*x^2) from 0 to 0.51
        Ja tulos: 0,0868 s


    • Lisätoiveita

      Aloittajan matemaatikon kyvyt eivät ilmeisestikään ole riittäneet tehtävän selvään ja yksikäsitteiseen formulointiin, vaan hän on hyväuskoisesti olettanut, että tuosta risukasasta joku saa kuitenkin kootuksi jonkinlaisen ongelmantapaisen.

      Voisiko joku muu, matemaattisen formuloinnin aloittajaa merkittävästi paremmin osaava kirjoittaa tuon tehtävän suomen kielelle? Sitten tehtävän viitsisi ottaa jopa ratkaistavakseen.

      • Ei matemaatikko

        Joukossa näyttää aina olevan joku, jonka ymmärrys kulkee sen verran vajaalla tasolla että ei edes käsitä tehtävää.

        Kun ei osaa, niin helpointa on puuttua lillukanvarsiin ja keksiä selityksiä.

        Minulle ainakin tehtävä oli aika selvä, kuten useille muillekin vastaajille.


      • Lisätoiveita
        Ei matemaatikko kirjoitti:

        Joukossa näyttää aina olevan joku, jonka ymmärrys kulkee sen verran vajaalla tasolla että ei edes käsitä tehtävää.

        Kun ei osaa, niin helpointa on puuttua lillukanvarsiin ja keksiä selityksiä.

        Minulle ainakin tehtävä oli aika selvä, kuten useille muillekin vastaajille.

        En viitsi ryhtyä kaivelemaan tunkiota, vaikka sieltä saataisikin löytyä helmiä, kun helmet olisi voitu yhtä helposti tarjota hopealautaseltakin.


    • Näinköhän?

      Edellä on ollut puhe lautasjousista ja kalvojousista. Itse en tiedä jousista niin paljon, että voisin sanoa, mistä on kysymys. Muistaakseni kuitenkin jousiammunnassa on tuollaisia progressiivisia jousia, eli ääriasennossa voima on pienempi kuin myöhemmässä vaiheessa.

      • Joustava

        Ne jouset ovat silloin kylläkin degressiivisiä.


      • Näihköhän?
        Joustava kirjoitti:

        Ne jouset ovat silloin kylläkin degressiivisiä.

        Noo, se kai riippuu siitä, miten asiaa ajattelee. Netissä löytyi: progressiivinen jousitus – jäykempi kovemmalla kuormituksella. No näin kai yleensä on, että jousen puristamiseen tai venyttämiseen tarvittava voima lisääntyy kun poikkeama kasvaa. Tarkoitin oikeastaan sellaista jousipyssyä, jota jännitettäessä voimantarve ensin lisääntyy mutta sitten lisää jännítettäessä se alkaa vähetä. Vastaavasti nuoleen kohdistuva voima aluksi kasvaa sen lähtiessä. Tämä saadaan kai aikaan jonkinlaisella taljamekanismilla. Valitan väärää terminkäyttöäni, mutta ei nuo jouset mielestäni degressiivisiäkään ole.


    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Luetuimmat keskustelut

    1. Israel aloitti 3. maailmansodan

      https://www.is.fi/ulkomaat/art-2000011297979.html Israel se sitten aloitti näköjään kolmannen maailmansodan.
      Maailman menoa
      540
      4645
    2. Kaksi vuotta

      Sitten mä ihastuin suhun päätä pahkaa, kun meillä klikkasi heti ekasta päivästä lähtien. Et varmasti tunne samoin ja tek
      Ikävä
      18
      3721
    3. Nainen, meidän talossa on säännöt

      1. Mies on aina oikeassa. 2. Ei vastaväitteitä. 3. Mäkättäminen kielletty. 4. Suhde on tärkein. 5. Ei salaisuuksia. 6. E
      Ikävä
      284
      2352
    4. Raamatun kiroukset ja uhkaukset osoittavat sen ihmisperäisyyden

      "Se sanotaan galatalaiskirjeessä, että jos joku levittää väärää evankeliumia: "...jos joku julistaa teille evankeliumia
      Hindulaisuus
      482
      2221
    5. Miksi me ei mies voida edes viestitellä irl?

      En odota enkä vaadi mitään, voitaisiin vain olla yhteyksissä jollain tapaa ihan oikeasti.
      Ikävä
      88
      1555
    6. Onko kenellekään muulle käynyt niin

      Että menetti tilaisuutensa? Kaivattu oli kuin tarjottimella, osoitti kiinnostusta vahvasti, silmät ja olemus täynnä rakk
      Ikävä
      116
      1524
    7. Tekisin mitä vaan että

      Pääsisin eroon susta.
      Ikävä
      157
      1413
    8. Oliko Farmi-finaalitehtävät mielestäsi tasaveroisia Lloydin ja Johannan välillä?

      Onnea Farmi-voitosta, Lloyd. Et tainnut olla ihan kaikkien suosikki, mutta puskit voittoon! Oliko finaalitehtävät miel
      Tv-sarjat
      69
      1340
    9. Onko hän elämäsi rakkaus?

      Itse olen sitä mieltä että kyllä se näin taitaa nyt olla
      Ikävä
      70
      1323
    10. Mies haluaisin sinun kanssa

      Rakkauslapsen. Hänestä tulisi tosi söpö ja fiksu.
      Ikävä
      84
      1164
    Aihe