Metodi di Simulazione (MSC)
( D:\corsoMSC\nbMSC\massamolle\vib2masse.nb)
keywords: autovalori complessi ODE sistema polinomio caratteristico

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Supponiamo di aver scritto le eq di un sistema con due masse e tre molle e di averlo
trasformato in un sistema di  4 eq del primo ordine

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Possiamo cercare gli autovalori ricorrendo al polinomio caratteristico

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Anche semplificando l'aspetto rimane di difficile lettura

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Proviamo a mettere qualche numero

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Ritorniamo al problema iniziale. Formalmente possiamo scrivere, mimando la notazione vettoriale

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Per arrivare  al sistema dobbiamo 'sgomitolare' le eq

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Dalla teoria generale sappiamo che possiamo scrivere la soluzione come combinazione lineare di
                             Exp[λ t] V
dove λ è un autovalore e V un autovettore.

Per vedere gli autovalori e le autovettori assegnamo dei valori  alle costanti (gli stessi di prima);
nel  caso che segue supponiamo che la costante della molla di  accoppiamento sia pari alle
altre du emolle; anche le masse  sono uguali ed unitarie  

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Calcolimao gi autovalori

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notando che sono doppi; (il sistema ammette DUE frequeze di risonanza)

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Estraiamo il primo autovalore; osseerviamo che la parte reale è nulla (non abbiamo dissipazione)

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Attenzione al momento dell'estrazione se si usaTableForm

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Estraiamo il terzo autovalore

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Calcoliamo ora gli autovettori

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[Graphics:../Images/index_gr_471.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_472.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_473.gif] 1.` [Graphics:../Images/index_gr_474.gif] 1.`
[Graphics:../Images/index_gr_475.gif] 1.` [Graphics:../Images/index_gr_476.gif] 1.`
[Graphics:../Images/index_gr_477.gif] [Graphics:../Images/index_gr_478.gif] [Graphics:../Images/index_gr_479.gif] 1.`
[Graphics:../Images/index_gr_480.gif] [Graphics:../Images/index_gr_481.gif] [Graphics:../Images/index_gr_482.gif] 1.`

Estraiamo il  secondo autovettore

[Graphics:../Images/index_gr_483.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_484.gif]

ed il terzo  autovettore

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con attenzione se si usa il TableForm

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Si possono calcolare gli auotovalori e gli autovettori in modo immediato; in ordine,
prima gli autovalori, poi gli autovettori

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[Graphics:../Images/index_gr_494.gif] [Graphics:../Images/index_gr_495.gif] [Graphics:../Images/index_gr_496.gif] [Graphics:../Images/index_gr_497.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_498.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_499.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_500.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_501.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_502.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_503.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_504.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_505.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_506.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_507.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_508.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_509.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_510.gif]
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[Graphics:../Images/index_gr_512.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_513.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_514.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_515.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_516.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_517.gif] [Graphics:../Images/index_gr_518.gif] [Graphics:../Images/index_gr_519.gif] [Graphics:../Images/index_gr_520.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_521.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_522.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_523.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_524.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_525.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_526.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_527.gif]
1.`
[Graphics:../Images/index_gr_528.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_529.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_530.gif]
1.`


Costruiamo la soluzione come combinazione lineare dei prodotti
                             Exp[λ t] V

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Espandiamo per mettere in evidenza il carattere oscillatorio

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Ripuliamo dagli zeri...

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Avremmo potuto usare EigenSystem (solo un po piu laborioso per estrarre i valori)

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Adesso  risolvoamo il sistema (4x4) imponendo che, pet t=0, le condizioni inziali siano
                          x1[0]=1, v1[0]=0,  x2[0]=1, v2[0]=0
cioè solo la prima massa subisce uno spsotamento unitario

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Vediamo che forma assume la soluzione sostituendo il valore della prima costante [Graphics:../Images/index_gr_543.gif]

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Introduciamo  i valori di tutte le costanti

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Semplifichiamo eliminado gli zeri...

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Estraiamo le quattro soluzioni

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Ricordiamo (dispense) che 1.73205 = [Graphics:../Images/index_gr_558.gif]

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Disegnamo le soluzioni (spostamento e velocità di [Graphics:../Images/index_gr_561.gif] ed [Graphics:../Images/index_gr_562.gif]) per un tempo di 40 s.

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Se lavoriamo nello spazio delle fasi ( [Graphics:../Images/index_gr_573.gif] e [Graphics:../Images/index_gr_574.gif] ) possiamo usare ParametricPlot; verificare
la corrispondenza con i grafici separati.

[Graphics:../Images/index_gr_575.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_576.gif]

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Converted by Mathematica      May 26, 2003