Die baumelnde Kette - Hilfe bei der Ableitung

Ich versuche, die hier gegebene Ableitung der Normalmoden einer baumelnden Kette zu verstehen [pdf].

Der Autor betrachtet eine Kette mit Dichte pro Längeneinheit ρ hängt an einem festen Punkt und nimmt mit dem ein Koordinatensystem ein X Achse, die vom losen Ende der Kette in ihrer Gleichgewichtsposition senkrecht nach oben zeigt und die u Achse zeigt nach rechts. Die horizontalen Verschiebungen werden als klein angesehen, so dass Abstände entlang der Kette angenähert werden können als Abstände entlang X .

Die Spannung in der Kette bei Position X Ist w ( X ) = ρ G X und die Beschleunigungskraft ist auf die Differenz der horizontalen Komponenten der Spannung an den Enden eines kleinen Kettenintervalls zurückzuführen, Δ X .

Wenn das Segment bei X ist um einen Winkel von der Senkrechten verschoben a , die horizontale Komponente der Spannung ist F ( X ) = w ( X ) Sünde a W u X . Ich glaube, ich verstehe das – wenn die Notation u X bedeutet D u / D X . Der Autor sagt dann:

Der Kraftunterschied zwischen den Punkten ändert sich [sic – ich glaube „Kette“ ist gemeint] bei X Und X + Δ X Somit Δ F = Δ X ( w u X ) X .

Dieses Bit verstehe ich nicht. Wie funktioniert Δ F = w ( X + Δ X ) u X w ( X ) u X der obige Ausdruck werden?

Antworten (1)

Mit der Taylor-Entwicklung,

w ( X + Δ X ) = w ( X ) + w X ( X ) Δ X + Ö ( Δ X 2 )

u X ( X + Δ X ) = u X ( X ) + u X X ( X ) Δ X + Ö ( Δ X 2 )

Ersetzen Sie das Obige im Folgenden,

w ( X + Δ X ) u X ( X + Δ X ) w ( X ) u X ( X ) Δ X w X ( X ) u X ( X ) + Δ X w ( X ) u X X ( X ) = Δ X ( w u X ) X