Уравнения математической физики. Уравнение колебаний струны. Хуснутдинов Н.Р. - 17 стр.

UptoLike

Составители: 

G
d
(x, t) = G(x, t) ψ
′′
(t) + α
′′
(t)
x
2
2l
.
w(x, t)
G
d
2
w
t
2
v
2
2
w
x
2
= G
d
.
w(x, 0) = f
d
(x),
w
t
(x, 0) = F
d
(x),
w
x
(0, t) = 0, w(l, t) = 0.
w(x, t)
u(x, t)
l
[0, l]
f(x) = U(x, 0)
F (x) = U
t
(x, 0)
l
[0, l]
f(x) = U(x, 0)
F (x) = U
t
(x, 0) U
x
(0, t) =
U
x
(l, t) = 0
l
[0, l]
f(x) = U(x, 0)
F (x) = U
t
(x, 0)
G(x, t)
l
[0, l]
f(x) = U(x, 0)
F (x) = U
t
(x, 0)
G(x, t)
l
[0, l]
f(x) = U (x, 0)
F (x) = U
t
(x, 0) U(0, t) =
φ(t), U(l, t) = ψ(t)
F (x) = 0 , f(x) =
x(l/4x)
h
, 0 x l/4
0 , l/4 x l
.
f(x) = 0 , F (x) =
(
3x
2
l
, 0 x l/2
3(xl)
2
l
, l/2 x l
.
G = g
x
l
, F (x) = 0 , f (x) =
0 , 0 x l/4
(xl)(l/4x)
h
, l/4 x l
.
G = g
e
x
2l
3x
2
4l
2
cos
πvt
l
, f(x) = 0, F(x) =
(
3x
2
l
, 0 x l/4
(xl)
2
3l
, l/4 x l
φ = g
e
πvt
l
1
ψ = 0
, F (x) = 0, f(x) =
0, 0 x l/4
(x
l
4
)(
3l
4
x)
h
, l/4 x 3l/4
0, 3l/4 x l
f(x) = 0 , F (x) = (x l) sin
2πx
l
.
                                                          x2             F (x) = Ut′ (x, 0). Ñòðóíà çàêðåïëåíà íà êîíöàõ, è íà íåå ïîñòîÿí-
             Gd (x, t)   = G(x, t) − ψ ′′ (t) + α′′ (t)      .
                                                          2l             íî äåéñòâóåò âíåøíÿÿ ñèëà, ñ ïëîòíîñòüþ íà åäèíèöó ìàññû G(x, t).
                                                                         Âûïèñàòü ÷àñòîòó è àìïëèòóäó îñíîâíîãî òîíà è ïåðâûõ òðåõ îáåð-
   Òàêèì îáðàçîì, óíêöèÿ w(x, t) óäîâëåòâîðÿåò óðàâíåíèþ êîëå-
                                                                         òîíîâ.
áàíèÿ ñòðóíû ñ ïëîòíîñòüþ âûíóæäàþùåé ñèëû Gd
                                                                         4. Íàéòè çàêîí êîëåáàíèÿ ñòðóíû äëèíû l , ðàñïîëîæåííîé íà îò-
                           ∂2w       ∂2w                                 ðåçêå [0, l], åñëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò ñòðóíå ïðèäàíà îðìà êðè-
                              2
                                − v 2 2 = Gd .                           âîé f (x) = U (x, 0), à çàòåì ñòðóíà îòïóùåíà ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ
                           ∂t        ∂x
                                                                         F (x) = Ut′ (x, 0). Ñòðóíà çàêðåïëåíà íà êîíöàõ, è íà íåå ðåçîíàíñ-
åøåíèå óäîâëåòâîðÿåò ñëåäóþùèì íà÷àëüíûì óñëîâèÿì:                      íî äåéñòâóåò âíåøíÿÿ ñèëà, ñ ïëîòíîñòüþ íà åäèíèöó ìàññû G(x, t).
                                                                         Âûïèñàòü ÷àñòîòó è àìïëèòóäó îñíîâíîãî òîíà è ïåðâûõ òðåõ îáåð-
                             w(x, 0) = fd (x),                           òîíîâ.
                             wt′ (x, 0) = Fd (x),                        5. Íàéòè çàêîí êîëåáàíèÿ ñòðóíû äëèíû l , ðàñïîëîæåííîé íà îò-
                                                                         ðåçêå [0, l], åñëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò ñòðóíå ïðèäàíà îðìà êðè-
è   îäíîðîäíûì   ãðàíè÷íûì óñëîâèÿì                                      âîé f (x) = U (x, 0), à çàòåì ñòðóíà îòïóùåíà ñ íà÷àëüíîé ñêîðî-
                                                                         ñòüþ F (x) = Ut′ (x, 0). Êîíöû ñòðóíû äâèæóòñÿ ïî çàêîíàì U (0, t) =
                         wx′ (0, t) = 0, w(l, t) = 0.             (43)
                                                                         φ(t), U (l, t) = ψ(t), âíåøíèå ñèëû îòñóòñòâóþò. Âûïèñàòü ÷àñòîòó è
Ïîýòîìó äîñòàòî÷íî ðåøèòü çàäà÷ó ñ îäíîðîäíûìè ãðàíè÷íûìè óñ-            àìïëèòóäó îñíîâíîãî òîíà è ïåðâûõ òðåõ îáåðòîíîâ.
ëîâèÿìè (43), ïîëó÷èòü âûðàæåíèå äëÿ w(x, t), à çàòåì ïî îðìóëå                                                 ÂÀÈÀÍÒ 1
(39) âû÷èñëèòü èñêîìóþ óíêöèþ u(x, t).                                                                       x(l/4−x)
                                                                                                                          ,      0 ≤ x ≤ l/4
                                                                         1. F (x) = 0 , f (x) =                    h                         .
      3   ÒÅÊÑÒÛ ÈÍÄÈÂÈÄÓÀËÜÍÛÕ ÇÀÄÀÍÈÉ                                                                  ( 0 ,2                  l/4 ≤ x ≤ l
                                                                                                               3x
                                                                         2. f (x) = 0 , F (x) =                 l ,             0 ≤ x ≤ l/2
                                                                                                                                             .
                                                                                                               3(x−l)2
1. Íàéòè çàêîí êîëåáàíèÿ ñòðóíû äëèíû l , ðàñïîëîæåííîé íà îò-                                                    l    ,        l/2 ≤ x ≤ l
ðåçêå [0, l], åñëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò ñòðóíå ïðèäàíà îðìà êðè-                                                        
                                                                                                                              0,               0 ≤ x ≤ l/4
âîé f (x) = U (x, 0), à çàòåì ñòðóíà îòïóùåíà ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ      3. G = g xl , F (x) = 0 , f (x) =                    (x−l)(l/4−x)                 .
                                                                                                                                    h      , l/4 ≤ x ≤ l
F (x) = Ut′ (x, 0). Ñòðóíà çàêðåïëåíà íà êîíöàõ, âíåøíèå ñèëû îò-                                                                          (
                                                                                                                                             3x2
ñóòñòâóþò. Âûïèñàòü ÷àñòîòó è àìïëèòóäó îñíîâíîãî òîíà è ïåðâûõ                                                                               l ,       0 ≤ x ≤ l/4
                                                                                                    
                                                                                      x        3x2             πvt
                                                                         4. G = g e   2l   −   4l2       cos    l , f (x)     = 0, F (x) =   (x−l)2
òðåõ îáåðòîíîâ.                                                                                                                                3l ,     l/4 ≤ x ≤ l
2. Íàéòè çàêîí êîëåáàíèÿ ñòðóíû äëèíû l , ðàñïîëîæåííîé íà îò-                                                   0, l 3l                             0 ≤ x ≤ l/4
                                                                                  πvt                         
ðåçêå [0, l], åñëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò ñòðóíå ïðèäàíà îðìà êðè-             φ = g e− l − 1                        (x− 4 )( 4 −x)
                                                                         5.                , F (x) = 0, f (x) =                  , l/4 ≤ x ≤ 3l/4
                                                                                                                         h
âîé f (x) = U (x, 0), à çàòåì ñòðóíà îòïóùåíà ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ         ψ=0                                 
                                                                                                                  0,                3l/4 ≤ x ≤ l
F (x) = Ut′ (x, 0). Óãîë íàêëîíà êîíöîâ ñòðóíû ðàâåí íóëþ Ux′ (0, t) =
Ux′ (l, t) = 0, âíåøíèå ñèëû îòñóòñòâóþò. Âûïèñàòü ÷àñòîòó è àìïëè-
òóäó îñíîâíîãî òîíà è ïåðâûõ òðåõ îáåðòîíîâ.                                                                     ÂÀÈÀÍÒ 2
3. Íàéòè çàêîí êîëåáàíèÿ ñòðóíû äëèíû l , ðàñïîëîæåííîé íà îò-                                                         2πx
ðåçêå [0, l], åñëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò ñòðóíå ïðèäàíà îðìà êðè-          1. f (x) = 0 , F (x) = (x − l) sin             l .
âîé f (x) = U (x, 0), à çàòåì ñòðóíà îòïóùåíà ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ

                                   33                                                                                34