рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Уравнения гиперболического типа

Работа сделанна в 2000 году

Уравнения гиперболического типа - Дипломная Работа, раздел Математика, - 2000 год - Использование дифференциальных уравнений в частных производных для моделирования реальных процессов Уравнения Гиперболического Типа. Задачи, Приводящие К Уравнениям Гиперболичес...

Уравнения гиперболического типа. Задачи, приводящие к уравнениям гиперболического типа. Уравнения с частными производными 2-го порядка гиперболического типа наиболее часто встречаются в физических задачах, связанных с процессами колебаний.

Простейшее уравнение гиперболического типа называется волновым уравнением. К исследованию этого уравнения приводит рассмотрение процессов поперечных колебаний струны, продольных колебаний стержня, электрических колебаний в проводе, крутильных колебаний вала, колебаний газа и т.д. 1. Уравнение колебаний струны. В математической физике под струной понимают гибкую, упругую нить. Напряжения, возникающие в струне в любой момент времени, направлены по касательной к ее профилю.

Пусть струна длины в начальный момент направлена по отрезку оси Оx от 0 до. Предположим, что концы струны закреплены в точках. Если струну отклонить от ее первоначального положения, а потом предоставить самой себе или, не отклоняя струны, придать в начальный момент ее точкам некоторую скорость, или отклонить струну и придать ее точкам некоторую скорость, то точки струны будут совершать движения говорят, что струна начнет колебаться.

Задача заключается в определении формы струны в любой момент времени и определении закона движения каждой точки струны в зависимости от времени. Будем рассматривать малые отклонения точек струны от начального положения. В силу этого можно предполагать, что движение точек струны происходит перпендикулярно оси Ox и в одной плоскости. При этом предположении процесс колебания струны описывается одной функцией, которая дает величину перемещения точки струны с абсциссой x в момент t. Рис. 1.1. Так как мы рассматриваем малые отклонения струны в плоскости, то будем предполагать, что длина элемента струны равняется ее проекции на ось Ox, т.е. .11 Это предположение эквивалентно тому, что мы пренебрегаем величиной по сравнению с 1. Действительно Также будем предполагать, что натяжение во всех точках струны одинаковое обозначим его через Т. Рассмотрим элемент струны. Рис. 1.2. На концах этого элемента, по касательным к струне, действуют силы Т. Пусть касательные образуют с осью Ox углы. Тогда проекция на ось Ou сил, действующих на элемент, будет равна. Так как угол мал, то можно положить, и мы будем иметь здесь мы применили теорему Лагранжа к выражению, стоящему в квадратных скобках.

Чтобы получить уравнение движения, нужно внешние силы, приложенные к элементу, приравнять силе инерции.

Пусть - линейная плотность струны. Тогда масса элемента струны будет. Ускорение элемента равно. Следовательно, по принципу Даламбера будем иметь. Сокращая на и обозначая, получаем уравнение движения . 1 Это и есть волновое уравнение уравнение колебаний струны.

Для полного определения движения струны одного уравнения 1 недостаточно. Искомая функция должна удовлетворять еще граничным условиям, указывающим, что делается на концах струны, и начальным условиям, описывающим состояние струны в начальный момент t 0. Совокупность граничных и начальных условий называется краевыми условиями.

Пусть, например, как мы предполагали, концы струны при неподвижны. Тогда при любом t должны выполнятся равенства 2 2 Эти равенства являются граничными условиями для нашей задачи. В начальный момент t 0 струна имеет определенную форму, которую мы ей придали. Пусть эта форма определяется функцией f x. Таким образом, должно быть 3 Далее, в начальный момент должна быть задана скорость в каждой точке струны, которая определяется функцией. Таким образом, должно быть 3 Условия 3 и 3 являются начальными условиями.

Замечание. В частности, может быть или. Если же и, то струна будет находится в покое, следовательно 1.1.2.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Использование дифференциальных уравнений в частных производных для моделирования реальных процессов

Классические уравнения математической физики являются линейными. Особенность линейных уравнений состоит в том, что если U и V два решения, то… Это обстоятельство позволяет построить общее решение линейного дифференциального уравнения из фиксированного набора…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Уравнения гиперболического типа

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Уравнение электрических колебаний в проводах
Уравнение электрических колебаний в проводах. Как указывалось выше, к уравнению 1 приводит и задача об электрических колебаниях в проводах. Электрический ток в проводе характеризуется величиной i x

Уравнение свободных колебаний струны
Уравнение свободных колебаний струны. Метод разделения переменных или метод Фурье, является одним из наиболее распространенных методов решения уравнений с частными производными. Изложение эт

Распространение тепла в пространстве
Распространение тепла в пространстве. Рассмотрим процесс распространения тепла в трехмерном пространстве. Пусть u x, y, z, t температура в точке с координатами x, y, z с момент времени t. Опытным п

Моделирование с помощью дифференциальных уравнений в частных производных
Моделирование с помощью дифференциальных уравнений в частных производных. Дифракция излучения на сферической частице. Перейдем теперь к рассмотрению задачи о дифракции электромагнитных волн

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги