Was ist die physikalische Interpretation des linearen Koeffizienten in dieser ODE für die Projektilbewegung?

Für die ODE zweiter Ordnung, die die Position eines Projektils unter Luftwiderstand regelt

M D 2 X D T 2 + k D X D T + M G = 0 k > 0 , X ( 0 ) = 0 , X ' ( 0 ) = v > 0

eine Nicht-Dimensionierung kann gemacht werden, damit das System dann ist

D 2 X D τ 2 + β D X D τ + 1 = 0 k > 0

für dimensionslose Variablen X , τ . Es stellt sich heraus β = k v M G . Was ist die physikalische Interpretation von β ? Ich war geneigt zu sagen, dass es die Endgeschwindigkeit ist, aber die Untersuchung der ODE zeigt, dass die Endgeschwindigkeit tatsächlich so ist M G k . ich weiß, dass β ist das Verhältnis zwischen dem Widerstand, den es beim Abfeuern spürt, und der gesamten nach unten gerichteten Kraft.

Bleibt also die Frage: Was ist β ?

Antworten (1)

Du hast es fast alleine beantwortet!

Im Wesentlichen ist es das Verhältnis der viskosen Kraft zur Gravitationskraft. Als β 0 , die Gravitationskraft dominiert und die Dämpfung durch Luftreibung ist sehr gering. Ebenso wie β , dominiert die Luftreibung die Lösung.

Das ist physikalisch nicht wirklich anschaulich, muss es aber auch nicht immer sein. Was es Ihnen erlaubt, ist nur die Verwendung β Trends zu bestimmen. Zum Beispiel, wenn β = 0,5 , die Lösung ist die gleiche, ob Sie sich auf dem Mars oder unter Wasser auf der Erde befinden, ob Ihre Masse groß oder klein ist usw.. Es ist ein Ähnlichkeitsparameter , der die Anzahl der Variablen in Ihrem Problem von 4 ( k , v , M , G ) zu einer einzelnen Variablen, β .