المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05
نـسـب الإنـتاجـيـة والغـرض مـنها
2024-11-05
المـقيـاس الكـلـي للإنتاجـيـة
2024-11-05
الإدارة بـمؤشـرات الإنـتاجـيـة (مـبادئ الإنـتـاجـيـة)
2024-11-05
زكاة الفطرة
2024-11-05


Vibrating String with Mass  
  
901   06:10 مساءاً   date: 2-8-2016
Author : Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny
Book or Source : A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
Page and Part : part 1 , p 27


Read More
Date: 9-8-2016 1511
Date: 2-8-2016 1130
Date: 25-8-2016 1173

Vibrating String with Mass

A thin uniform string of length L and linear density ρ is stretched between two firm supports. The tension in the string is T (see Figure 1.1).

 Figure 1.1

a) Derive from first principles the wave equation for small transverse disturbances in the string.

b) Determine the set of possible solutions for the given boundary conditions and state the allowed frequencies.

c) A small mass m is placed a distance l from one end of the string. Determine the first-order correction to the frequencies of the modes found in (b).

SOLUTION

a) To derive the equation of motion of the string we assume that the oscillations of the string are small, the tension T is a slowly varying function

Figure 1.2

of x, and there is no damping of the motion. Consider a part of the string between x and x + dx, where s (x, t) is the transverse displacement of the string (see Figure 1.2). The transverse force acting on this piece of mass ρdx is

(1)

Using the initial assumptions, we can substitute a constant T for the tension T(x) and write

(2)

where the substitution of tan θ for sin θ again follows from assumptions. Using (2) in (1), we obtain

(3)

where is the wave velocity.

b) Now, we have boundary conditions. We choose a standing wave solution. Another possible solution is a traveling wave s (x, t) = f(x + ct) + g (xct), where f and g are some functions. In our case, we use the method of separation of variables: s (x, t) = g(x) f(t), which, substituted into (3), gives

where ω2 is a constant independent of x and t. We arrive at two secondorder differential equations for f and g and their solutions:

Applying the boundary condition to the solution:

from which we get

For each mode gn (x) = sin (ωn x/c) and fn (t) = An cos ωnt + Bn sin ωnt with ωnncπ/L. For each complete mode

and the transverse displacement is

c) To find the frequency change, use a perturbation method. Consider for simplicity the nth mode of the form sn = sin(nπx/L) cos ωnt,  corresponding to the initial conditions s (x, 0) = s0 (x) and  We know from the virial theorem that initially the average of potential energy of the string in the nth mode is equal to the kinetic energy:

(4)

where we used  Now examine the mode of the string with mass to be of the same form as in (S.1.46.4): sn (x, t) = sin(nπx/L) cos Ωnt  with a slightly different frequency Ωn. Find the kinetic energy  in this mode of the string and then add the kinetic energy of the additional mass:

where δ (lx) is the Dirac δ function. The average kinetic energy of the string with mass from (5)

(6)

where again we used  In this approximation, if we ignore the change in tension T, the average potential energy of the string with mass is the same as for the string alone, so  Utilizing this together with the virial theorem, which is also true for the modified string, we may write

(7)

So from (5)–( 7)

or

(8)

Therefore the new frequency

(9)

where we used m << ρL.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.