Planpendel og differensiallikning

Del 2, alle hjelpemidler

Planpendel og differensiallikning

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 v radianer være en funksjon av tiden t. Her er t antall sekunder etter at kulen slippes. Dersom vinkelutslaget er lite, kan vi bestemme v(t) ved hjelp av differensiallikningen

v′′=−gLv

Her er g=9,81 tyngdeakselerasjonen (målt i m/s²) og L lengden av pendelen (målt i meter).

Planpendel med kule og snor

Arne har en planpendel der L=0,20 m. Han drar kulen til den ene siden slik at v=0,15, og slipper. Kulen er i ro idet den blir sluppet.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Forklar at beskrivelsen gir oss følgende betingelser:

v(0)=0,15
v′(0)=0
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem et uttrykk for v(t).

Tiden det tar fra kulen slippes, til den er tilbake i samme posisjon, kalles pendelens svingetid.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem svingetiden til denne planpendelen.

En sekundpendel er en planpendel som har en svingetid på 2,0 sekunder.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem lengden L til sekundpendelen.

Fasit

v(0)=0,15 fordi kulen dras ut til v=0,15 før den slippes. v′(0)=0 fordi kulen er i ro i det øyeblikket den slippes.

v(t)=0,15cos⁡(7,00t)

T≈0,90s

L≈0,99m

LøsningsforslagKI-generert

Vinkelutslaget v(t) beskriver hvor langt til siden pendelen har svingt ved tiden t. I startøyeblikket (t=0) har Arne akkurat trukket kulen til siden slik at v=0,15. Det gir betingelsen

v(0)=0,15

Den deriverte v′(t) er vinkelfarten til pendelen. Siden kulen er i ro idet den slippes (den har ingen fart i det øyeblikket), er vinkelfarten null ved t=0. Det gir betingelsen

v′(0)=0

Differensiallikningen v′′=−gLv er en andreordens lineær differensiallikning med konstant negativ koeffisient. Den generelle løsningen er

v(t)=Acos⁡(ωt)+Bsin⁡(ωt),ω=gL

Med g=9,81 og L=0,20 blir

ω=9,810,20≈7,00

Vi bruker startbetingelsene fra a) til å bestemme A og B. Deriverer v(t):

v′(t)=−Aωsin⁡(ωt)+Bωcos⁡(ωt)

Setter inn t=0 i v(t) og v′(t) og løser likningssystemet i GeoGebra CAS.

CAS-løsning for A og B

Fra linje 3 ser vi at A=320=0,15 og at Bω=0. Siden ω≠0, må B=0. Uttrykket for vinkelutslaget blir dermed

v(t)=0,15cos⁡(7,00t)

Siden v(t)=0,15cos⁡(ωt) er en periodisk funksjon, tar det én hel periode T=2πω før pendelen er tilbake i samme posisjon. Det er nettopp svingetiden. Vi setter inn tallene i GeoGebra CAS.

CAS-beregning av svingetid og pendellengde

Fra linje 2 er

T≈0,90s

Svingetiden for en planpendel er T=2πLg, altså

L=g(T2π)2

Setter inn T=2,0 og g=9,81 i CAS (linje 3 i skjermbildet over):

L≈0,99m

En sekundpendel med svingetid 2,0s må altså være om lag 99cm lang.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt