Uitwerkingen - rwi

VWO
COACH-Modelleren
Opgave: Binnenspiegel
a) De rekenregels luiden dan:
xn+1 = xn + v∙dt
vn+1 = vn + a∙dt
en voor a geldt:
1) F୰ = m ∙ a
2) F୰ = C ∙ x − k ∙ v + F
⇒ m ∙ a = C ∙ x − k ∙ v + A ∙ sin(ω ∙ t)
C ∙ x − k ∙ v + A ∙ sin(ω ∙ t)
⇒a=
m
b) Terug naar het oorspronkelijke fysische probleem.
1) F୰ = m ∙ a
2) F୰ = C ∙ x − k ∙ v + F
⇒ m ∙ a = C ∙ x − k ∙ v + A ∙ sin(ω ∙ t)
⇒ m ∙ x′′ = C ∙ x − k ∙ x′ + A ∙ sin(ω ∙ t)
Neem x’ gelijk aan
୶(୲ାୢ୲)ି୶(୲)
ୢ୲
en neem x’’ gelijk aan
୶(୲ାୢ୲)ା୶(୲ିୢ୲)ିଶ∙୶(୲)
ୢ୲మ
.
x(t + dt) + x(t − dt) − 2 ∙ x(t)
x(t + dt) − x(t)
⇒m∙ቆ
ቇ
=
C
∙
x
−
k
∙
ቆ
ቇ + A ∙ sin(ω ∙ t)
dt ଶ
dt
1
k
C
2
k
1
A ∙ sin(ω ∙ t)
⇒ ൬ ଶ+
൰∙ x(t + dt) + ൬ − ଶ −
൰∙ x(t) + ൬ ଶ൰∙ x(t − dt) =
dt
m ∙ dt
m dt
m ∙ dt
dt
m
1
k
C
2
k
1
A ∙ sin(ω ∙ t)
⇒ ൬ ଶ+
൰∙ x୬ାଵ + ൬ − ଶ −
൰∙ x୬ + ൬ ଶ൰∙ x୬ିଵ =
dt
m ∙ dt
m dt
m ∙ dt
dt
m
1
k
C
2
k
1
A ∙ sin(ω ∙ t)
⇒ ൬ ଶ+
൰∙ x୬ାଶ + ൬ − ଶ −
൰∙ x୬ାଵ + ൬ ଶ൰∙ x୬ =
dt
m ∙ dt
m dt
m ∙ dt
dt
m
A ∙ sin(ω ∙ t)
C
2
k
1
−
ቀ
−
−
ቁ∙
x
−
ቀ
ቁ∙ x୬
୬ାଵ
ଶ
m
m dt
m ∙ dt
dt ଶ
⇒ x୬ାଶ =
1
k
ቀ ଶ+
ቁ
m ∙ dt
dt
Bovenstaande bewerking is vrijwel identiek aan die voor de autovering.
Dit is de enige rekenregel die je nodig hebt.
Cirkelbeweging - Numeriek
R.H.M. Willems
1/2
VWO
c) Het massaveersysteem vertoont het gedrag zoals je dat geleerd hebt.
Hoe dichter de frequentie van de opgedwongen trilling in de buurt komt van de
eigenfrequentie van het massaveersysteem hoe efficiënter de energieoverdracht van
voorruit naar spiegel werkt en hoe heftiger de spiegel gaat trillen.
Het duurt even voordat het geheel op gang gekomen is en een stabiele eindsituatie
heeft bereikt. Dit is zoals reeds gezegd een inschakelverschijnsel. Dit treedt ook op bij
elektrische apparatuur. Je ziet dat de amplitude van de trilling tijdens het
inschakelverschijnsel groter kan zijn dan de uiteindelijke amplitude. Dit is een
belangrijk aspect om rekening mee te houden bij het ontwerpen van elektrische
apparatuur. De trillingen die we tot nu toe hebben bestudeerd kunnen namelijk ook
elektrische trillingen zijn. Dat betekent dat de spanning tijdens het inschakelen van een
apparaat groter kan zijn dan de uiteindelijke waarde waarop het apparaat werkt. Als het
apparaat slecht ontwerpen is kun je dus een zekering eruit blazen zodra je het
apparaat inschakelt.
d) Het model ziet er in COACH-Modelleren uit zoals weergegeven in onderstaande
afbeelding.
De “als … dan …eindals”-constructie is nodig omdat je nu twee oude x-waarden nodig
hebt in plaats van één. Bij de oude regel was het steeds zo dat de nieuwe x gelijk was
aan de oude x plus v∙dt. Bij de nieuwe regel reken je xn+2 uit op basis van zowel xn+1 als
xn. Dus twee oude waarden. Als je geen bijzondere maatregelen neemt onthoudt
COACH alleen de x van de vorige iteratie maar niet die van twee iteraties geleden.
Cirkelbeweging - Numeriek
R.H.M. Willems
2/2

Download Report