In einem linearen System können sich Schwingungen ungestört überlagern. Die Schwingungen beeinflussen sich dabei nicht gegenseitig.

Ähnliche Dokumente
3.5 Überlagerung von harmonischen Schwingungen

7.6 Transversale und longitudinale Wellen. z.b. Schall. ρ, p. Mittelwerte. z.b. Licht. = konstant. Darstellung in komplexer Zahlenebene

Inhalt Prof. Dr.-Ing. Barbara Hippauf Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes; Physik, SS 2016

Messungen am Prüfgenerator für 868 MHz mit dem VNWA als Spektrumanalysator

λ + ω 0 2 = 0, Lösung: λ 1,2

Fourier-Transformation Linearität, Symmetrie, Verschiebung, Skalierung, Faltung, Modulation

Übungsbuch Physik. Peter Müller, Hilmar Heinemann, Hellmut Zimmer, Heinz Krämer. Grundlagen Kontrollfragen Beispiele Aufgaben ISBN

Grundlagen Rechnernetze und Verteilte Systeme IN0010, SoSe 2018

Hörsaalübung 3 Differentialgleichungen I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

15 Erzwungene Schwingungen

5. Übungsblatt zur Linearen Algebra II

Name: Klasse: Datum: Signale - Einführung Werner-von-Siemens-Schule Arbeitsblatt

Die numerische Erzeugung eines durchstimmbaren Sinussignals

Definition Ein Homomorphismus von Lie-Algebren. Für uns ist vor allem die im folgenden Satz eingeführte Darstellung von Bedeutung.

u(t) sin(kωt)dt, k > 0

Basiswissen Physik 11. Jahrgangsstufe

Fouerierreihen - eine Einführung

Typ A: Separierbare Differentialgleichungen I. Separierbare Differentialgleichungen II. Beispiel einer separierbaren Dgl

Vom singenden Draht zum DVB-C

Differentialgleichungen

Charakterisierung des Systems R C. Faltungsintegral. Faltungsintegral (anschaulich) Faltungsintegral (anschaulich) 1. Übertragungsfunktion zb

Diskrete Integratoren und Ihre Eigenschaften

Mathematische Methoden der klassischen Physik Zusammenfassung Differentialgleichungen

Systemtheorie Teil A. - Zeitkontinuierliche Signale und Systeme - Musterlösungen. Manfred Strohrmann Urban Brunner

Name: Punkte: Note: Ø:

Übungsbuch Physik. Grundlagen - Kontrollfragen - Beispiele - Aufgaben. Bearbeitet von Hilmar Heinemann, Heinz Krämer, Peter Müller, Hellmut Zimmer

Integralrechnung. Grundidee der Integralrechnung. Einführung des Riemann- Integrals

existiert. In der Regel wird zusätzlich zum oben gegebenen System von Differentialgleichungen noch eine Anfangsbedingung

Signal- und Systemtheorie for Dummies

Kennzeichnung stochastischer Prozesse

13.1 Charakterisierung von Schwingungen

Laplacetransformation in der Technik

5.3 Überlagerung von Schwingungen

W. Stark; Berufliche Oberschule Freising

7 Erzwungene Schwingung bei Impulslasten

Kapitel 2: Fourieranalyse. Analoge, nichtperiodische Signale

Prof.Dr.B.Grabowski (Schwingungen als komplexe Zeiger) Lösung zum Übungsblatt Nr. 2. (Wiederholung Linearfaktorzerlegung von Polynomen)

Kapitel : Exponentiell-beschränktes Wachstum

DIE LINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNG ZWEITER ORDNUNG MIT KONSTANTEN KOEF- FIZIENTEN

Abiturprüfung Mathematik 2009 (Baden-Württemberg) Berufliche Gymnasien ohne TG Analysis, Aufgabe 1

Motivation: Sampling. (14) Sampling. Motivation: Sampling. Beispiele. Beispiel Kreisscheibe. Beispiel: Kreisscheibe

Aufgabensammlung. Signale und Systeme 1. Einführung in die Signal- und Systemtheorie. Kontaktinformation: Dr. Mike Wolf, Tel. 2619

Universität Ulm Samstag,

Sinus und Cosinus im rechtwinkligen Dreieck ( )

B.26 B Anforderungen nach Aufgabenklassen (2) 5 Übertragung analoger Signale. 5.1 A/D-Wandlung. 5.2 Sampling. Video.

Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 6 5. Semester ARBEITSBLATT 6 PARAMETERDARSTELLUNG EINER GERADEN

Aufgabe 1 (7 Punkte) Prüfungsklausur Technische Mechanik II

7. Vorlesung Wintersemester

Vielseitige Darstellungen von Drehstromsignalen

Masse, Kraft und Beschleunigung Masse:

5. Übungsblatt zur Differentialgeometrie

Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt Semester ARBEITSBLATT 11 LAGEBEZIEHUNG DREIER EBENEN

sin = cos = tan = Sinus und Cosinus im rechtwinkligen Dreieck Aufgabe: Berechnen Sie die fehlende Seitenlänge und den Winkel. Gegenkathete Hypotenuse

Physik Übung * Jahrgangsstufe 9 * Versuche mit Dioden

14 Kurven in Parameterdarstellung, Tangentenvektor und Bogenlänge

Eigenwerte und Eigenvektoren

7.3. Partielle Ableitungen und Richtungsableitungen

Kontinuierliche Fourier Transformation

Motivation der Dierenzial- und Integralrechnung

Gewöhnliche Differentialgleichungen Teil Ia: Lösung durch Quadratur

Prüfung aus Physik III (PHB3) Donnerstag 8. Juli 2010

Staatsexamen Didaktiken einer Fächergruppe der Hauptschule Herbst 2007 Thema 2

Anleitung zum Praktikum Nachrichtentechnik Versuch Modulation

Operationsverstärker. Teil G: Operationsverstärker. Operationsverstärker 741. Operationsverstärker. 06 / Teil G / Seite 01

Übungsblatt 4 Lösungsvorschläge

3.4 Systeme linearer Differentialgleichungen

Einleitung. Modulationsverfahren

Technische Universität München. Lösung Montag SS 2012

Übungen zu Physik 1 für Maschinenwesen

3.2 Autoregressive Prozesse (AR-Modelle) AR(p)-Prozesse

Hausaufgabe Kohärenz

Diese 3 Signale haben als Anregungssignale am Eingang eines Systems besondere Bedeutung für die lineare Systemtheorie erlangt.

Aufgabe 1: Kontinuierliche und diskrete Signale

5 Erzwungene Schwingungen mit harmonischer Belastung

Prüfung aus Physik III (PHB3) Donnerstag 28. Januar 2010

Aufgaben zur gleichförmigen Bewegung

Amateurfunkkurs. Modulation. Erstellt: Landesverband Wien im ÖVSV. Modulation. R. Schwarz OE1RSA. Übersicht

Überblick über (De-)Modulationsverfahren

PHYSIK III. Serie 12, Musterlösung

4.6 Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden

Ferienkurs Analysis I für Physiker WS 15/16 Aufgaben Tag 3. Aufgaben Tag 3

Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik Versuch 5. Matrikelnummer:

Prüfung aus Physik III (PHB3) Freitag 24. Juli 2009

Leistungselektronik Grundlagen und Standardanwendungen. Übung 3: Kommutierung

m A Wärme Q Kolben Winkelmarkengeber

Hauptachsentransformation

Gewöhnliche Differentialgleichungen

Zwischenwerteigenschaft

Gewöhnliche Differentialgleichungen (DGL)

Abiturprüfung 2017 ff Beispielaufgabe Grundkurs Mathematik; Analysis Beispiel Wirkstoff

v = I max I min I max + I min

Anfangswertprobleme gewöhnlicher Differentialgleichungen

Exponential- und Logarithmusfunktionen

V 321 Kondensator, Spule und Widerstand Zeit- u. Frequenzverhalten

Der lineare harmonische Oszillator

Mathematische Methoden in den Ingenieurwissenschaften 4. Übungsblatt

GRUNDLAGENLABOR CLASSIC RC-GLIED

9 Periodische Bewegungen

Transkript:

6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - /6. Sysee i ehreren Freiheisgraden. Das Superposiionsprinzip für Lineare Sysee Die Schwingungsdifferenialgleichung is eine lineare DGL. Lineare Sysee (Sysee die i linearen DGL beschrieben werden) haben in der Physik eine besondere Bedeuung, da viele Grundgeseze der Physik linear sind. I folgenden wollen wir die wichigsen Eigenschafen Linearer Sysee diskuieren. ) In linearen Syseen gil: Wenn x und x eine Lösung sind, dann is auch x = x + x eine Lösung. Eine verkürze Schreibweise erhäl an, wenn an für die in der DGL enhalenen Operaionen an der Variablen x die bkürzung L(x) verwende. x bx Dx L( x ) x bx Dx L( x) x x ) b( x x ) D( x x ) 0 L x ) L( x ) L( x x ) 0 ( ( ) Weierhin gil in linearen Syseen: Wenn x eine Lösung is, dann is auch x = ax eine Lösung. (Dai ko die Unabhängigkei der von der pliude zu usdruck) ( ax ) b( ax ) D( ax ) a( x bx Dx ) 0 L ax ) al( x ) 0 ( Nehen wir also an, wir haben, wie auch ier, eine Lösung x und eine weiere Lösung x gefunden. Dann können wir sofor sagen, dass jede beliebige Linearkobinaion x = ax + bx auch eine Lösung darsell. Die ussagen von ) und ) zusaengefass liefern dai die Begründung für das Superposiionsprinzip In eine linearen Syse können sich Schwingungen ungesör überlagern. Die Schwingungen beeinflussen sich dabei nich gegenseiig. In de Zusaenhang sell sich einen weiere Frage. Wie viele unabhängige Lösungen (d.h. Lösungen, die nich als Linearkobinaion anderer Lösungen dargesell werden können) gib es für ein schwingungsfähiges Syse? Ohne Begründung sellen wir dazu fes. Die Zahl der unabhängigen Lösungen is gleich der Zahl der Freiheisgrade. In eine Syse i zwei Freiheisgraden, z.b zwei gekoppele Pendel, gib es zwei unabhängige Lösungen ( Eigenschwingungen). Eine beliebige Linearkobinaion dieser Lösungen sell dann die allgeeinse Lösung dar. Zu Schluss wollen wir noch die Begründung für die allgeeine Lösung der erzwungenen Schwingung nachliefern. Dazu nehen wir an, die Lösung x der hoogenen Schwingungs-DGL is bekann und eine spezielle Lösung x j der inhoogenen DGL is auch gefunden. Dann können wir sofor sagen, dass x = x + x j auch eine Lösung is. x bx Dx x j bx j Dx j F( x x ) b( x x ) D( x x ) F( ) x x x is auch Lösung ( j j j j

. Überlagerungen von Schwingungen 6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - /6 Die Überlagerung von Schwingungen werden wir in der kusik (verschiedene Töne, d.h. Sinusschwingungen überlagern sich zu eine Klang) und in der Wellenopik (Inerferenz und Beugung) kennen lernen. In den folgenden Kapieln werden wir einfache Schwingungsforen diskuieren, die durch Überlagerung von haronischen Schwingungen zusande koen, bzw. darsellbar sind... Überlagerung bei gleicher Raurichung ) Gleiche pliude, gleiche ( sin( ( sin( Konsrukive Inerferenz ˆ ( sin( ) ( ) sin( ) Desrukive Inerferenz (Beispiel: nischall in der kusik) ˆ ( sin( ) ( ) sin( / ) / Ergebnis häng von der Phasendifferenz ab. Darsellung i koplexen Zeigern oder Phasoren. reelle Schwingungen ( ) cos( ) ( ) cos( ) Für = = ergib die Überlagerung:: ) ( ( ˆ cos( ) ( i: ˆ ˆ ˆ ˆ cos( ) ˆ ˆ sin ˆ sin an ˆ cos ˆ sin koplexe Phasoren: ) ˆ exp( j( ( )) ( ) exp( j( )) Die Zeigersue als Darsellung der koplexen Schwingungsüberlagerung dreh sich in der koplexen Ebene. Dabei dreh sich jeder Zeiger i der ih eigenen Winkelgeschwindigkei i. Die Projekion der Zeigersue auf die reelle chse ergib die reelle Schwingung.

) Gleiche pliuden, en: = 6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - 3/6 Ergebnis häng von der Phasendifferenz ab. Die Periodendauer is durch die niedrigere besi. 3) pliuden und en unerschiedlich: / = 9/ I überlageren Syse is die Bewegung nich ehr syerisch zur Ruhelage. Die Periodendauer is hier doppel so groß, wie die Periodendauer der niedrigeren. (waru?) 4) pliuden gleich, en nahezu gleich: reine SCHWEBUNG Ergebnis der Überlagerung: Schwingung i periodisch sich ändernder pliude. ( sin( ) ( sin( ( ( ( ˆ ( cos( sin( niedrige hohe Modulaionsperiode (Quasiperiode) T M ( ) / Schwebungsperiode (Quasiperiode) T T S M ( ) Schwebungsfrequenz: S

Bei ungleich großen pliuden erhäl an eine sogenanne unreine Schwebung. Schwebungen können zur Messung von kleinen differenzen benuz werden. ( Versuch i Sigabeln) 6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - 4/6 Einschub: Spekrale Darsellung, Spekru Kobiniere Zei- und darsellung einer zusaengesezen Schwingung Projekion für Zeidarsellung Zei Projekion für darsellung Zeibereich bereich ufragung der pliuden der einzelnen haronischen Schwingungen über der pliudenspekru () Das pliudenspekru enhäl keine Inforaion über die Phasenlage der einzelnen Schwingungen. Deshalb zusäzlich Phasenspekru () chung: Das Phasenspekru wird of einfach weggelassen Die Darsellungen i Zei- bzw. i bereich sind äquivalen. Sie enhalen jeweils die vollsändige Inforaion über das Signal.

.. Modulaionsverfahren 6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - 5/6 Prinzip: Zur effizienen Überragung eines Inforaionssignals, wird dieses auf einen Träger aufodulier. Nach der Überragung erfolg bei der Deodulaion wieder eine Trennung von Träger und Inforaion. Träger HF Lich Mikrowelle Überragungssrecke Inforaion (analog) MODULTOR Kabel, Funk, LWL ec. DEMODULTOR Inforaion Die Modulaion is nowendig, u die Nachrichenüberragung den physikalischen Eigenschafen des Überragungsedius anzupassen. Die wichigsen klassischen Modulaionsaren sind pliudenodulaion (M) und odulaion (FM). Dabei wird das sinusförige Trägersignal in eine koplizierere Signalfor ugewandel. ) pliudenodulaion ( [ f ( ] cos heiß Modulaionsgrad Für den einfachen Fall einer cosinusförigen Modulaion ( ( cos cos ( cos cos cos ( cos cos( ) cos( ) f ( cos ergib sich: M-Zeisignal = 0,8 M-Spekru 0 0 f - f f f +f f - - T = Trägerfrequenz M = Modulaionsfrequenz

Beliebig apliudenodulieres Signal i der Bandbreie 6_Superposiionsprinzip_B_W000.doc - 6/6 M-Spekru 0-0 f f - = Überragungsbandbreie Eigenschafen: Nowendige Überragungsbandbreie: Zwei syerische nbänder Inforaion is bereis in eine nband enhalen. Träger uss nich unbeding überragen werden. nwendungen* ) Zweiseienbandodulaion i unerdrücke Träger us der spekralen Darsellung sieh an, dass selbs bei 00% Modulaion nur /6 der Sendeleisung in den beiden nbändern überragen werden, die bereis die ganze Nuzinforaion enhalen. Sendeleisung wird gespar, wenn an auf die volle Überragung des Trägers verziche. Trägerunerdrückung Da i Epfänger der Träger zur Deodulaion benöig wird, uss er aus de Epfangssignal i aufwendigen Filern herausgefiler und versärk werden. (M-Rundfunk) Eine weiere Einsparung von Sendeleisung erreich an i der ) Einseienbandodulaion i unerdrücke Träger Erforder nur die halbe Bandbreie Of wird der Träger vollsändig unerdrück. Dann uss er aber i Epfänger i eine quarzsabilen Hilfsräger erzeug werden. (Sprechfunk, Schiffsfunk) 3) Resseienbandodulaion (nalog TV) Bei einer Zweiseienbandodulaion is eine Bandbreie von ca. MHz erforderlich. (65 Zeilen*5 Halbbilder/s*65 Bildpunke/Zeile) Überragen wird das obere nband und nur ein Teil (Res des uneren nbandes plus Träger. Das unere Resseienband is ca. 0,75 Megaherz brei. Der Tonräger lieg 5,5 MHz über de Bildräger und is i einer Bandbreie von 50 KHz frequenzodulier ( FM). Nacheil der M: Hohe Söranfälligkei wegen pliudenabhängigkei