Die Masse
bewegt sich auf einer horizontalen Unterlage mit der Geschwindigkeit
. Zwischen der Masse und der Unterlage herrscht eine geschwindigkeitsproportionale Reibung mit der Reibungskraft
wobei
der Reibungskoeffizient ist.
- Wie lautet die Differentialgleichung der Bewegung von
? - Lösen Sie die Differentialgleichung und geben Sie
an - Welche Lösung ergibt sich für
, wenn
bei
ist?
Lösung
a )
Wir setzen alle Kräfte, die auf den Körper wirken, mit der bekannten Gleichung
gleich. In diesem Fall wirkt lediglich die Reigungskraft auf den Körper, und zwar in negativer Bewegungsrichtung. Somit ergibt sich:

Wir setzen die gegebene Gleichung der Reibungskraft ein und stellen die Beschleunigung durch die zweite Ableitung des Ortes nach der Zeit dar:

Es ist nach einer Gleichung für die Geschwindigkeit gefragt. Deshalb stellen wir die Ableitungen des Ortes nach der Zeit durch Ableitungen der Geschwindigkeit nach der Zeit dar:

b )
Die lineare homogene Differentialgleichung lösen wir mit dem allgemeinen Lösungsansatz:


In die Ausgangsgleichung eingesetzt ergibt sich:

Hier können wir durch
teilen, da es in beiden Summanden vorkommt. Wir stellen anschließend nach
um:


Wir haben nun ein
gefunden, das für den konkreten Fall in die allgemeine Lösungsformel eingesetzt werden kann:

c )
Für den Fall, dass
bei
ergibt sich durch die Rahmenbdeingung:





