Planpendel og differensiallikning
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
En kule er festet til taket med en tynn tråd. Kulen trekkes ut til siden og slippes. Vi får da en planpendel.
I en planpendel vil vinkelutslaget radianer være en funksjon av tiden . Her er antall sekunder etter at kulen slippes. Dersom vinkelutslaget er lite, kan vi bestemme ved hjelp av differensiallikningen
Her er tyngdeakselerasjonen (målt i m/s²) og lengden av pendelen (målt i meter).

Arne har en planpendel der . Han drar kulen til den ene siden slik at , og slipper. Kulen er i ro idet den blir sluppet.
Forklar at beskrivelsen gir oss følgende betingelser:
Bestem et uttrykk for .
Tiden det tar fra kulen slippes, til den er tilbake i samme posisjon, kalles pendelens svingetid.
Bestem svingetiden til denne planpendelen.
En sekundpendel er en planpendel som har en svingetid på sekunder.
Bestem lengden til sekundpendelen.
Fasit
fordi kulen dras ut til før den slippes. fordi kulen er i ro i det øyeblikket den slippes.
LøsningsforslagKI-generert
Vinkelutslaget beskriver hvor langt til siden pendelen har svingt ved tiden . I startøyeblikket () har Arne akkurat trukket kulen til siden slik at . Det gir betingelsen
Den deriverte er vinkelfarten til pendelen. Siden kulen er i ro idet den slippes (den har ingen fart i det øyeblikket), er vinkelfarten null ved . Det gir betingelsen
Differensiallikningen er en andreordens lineær differensiallikning med konstant negativ koeffisient. Den generelle løsningen er
Med og blir
Vi bruker startbetingelsene fra a) til å bestemme og . Deriverer :
Setter inn i og og løser likningssystemet i GeoGebra CAS.

Fra linje 3 ser vi at og at . Siden , må . Uttrykket for vinkelutslaget blir dermed
Siden er en periodisk funksjon, tar det én hel periode før pendelen er tilbake i samme posisjon. Det er nettopp svingetiden. Vi setter inn tallene i GeoGebra CAS.

Fra linje 2 er
Svingetiden for en planpendel er , altså
Setter inn og i CAS (linje 3 i skjermbildet over):
En sekundpendel med svingetid må altså være om lag lang.