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[Risolto] Problemi che hanno come modello equazioni differenziali

  

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Consideriamo una trave a mensola, di lunghezza $L$ (in metri), sottoposta a un carico uniformemente distribuito pari a $q$ (in newton/metro). Riferita la trave a un sistema di assi cartesiani ortogonali come in figura (la trave è fissata in $O$ e l'unità di misura è il metro), ci proponiamo di individuare l'equazione $y=f(x)$ della deformata dell'asse della trave.

In scienza delle costruzioni si dimostra che la funzione $y=f(x)$ è una soluzione dell'equazione differenziale:

$$
E I y^{\prime \prime}=-\frac{1}{2} q(L-x)^2
$$

dove $E$ e $I$ sono costanti ( $E$ è il modulo elastico del materiale da cui è composta la trave $e$ I è il momento d'inerzia della sezione trasversale della trave).
a. Determina l'equazione della deformata, tenendo conto che passa per l'origine $e$ ha in questo punto tangente orizzontale.
b. Verifica che la massima inflessione si ha nell'estremo libero e calcolane il valore assoluto.

$$
\text { a. } y=-\frac{q}{2 E I}\left(\frac{x^4}{12}-\frac{L x^3}{3}+\frac{L^2 x^2}{2}\right) ; \text { b. } h=\frac{q L^4}{8 E I}
$$

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Spiegare gentilmente i ragionamenti, i passaggi ed argomentare.

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y'' = - q/(2EI) (L^2 - 2Lx + x^2)

y' = - q/(2EI) (L^2 x - L x^2 + x^3/3) + C

in cui C = 0 per via della condizione iniziale y'(0) = 0

y = - q/(2EI) (L^2 x^2/2 - L/3 x^3 + x^4/12 ) + C'

e anche C' = 0 essendo y(0) = 0

estremo di y in [0,L]

x^3/3 - L x^2 + L^2 x >= 0

x (1/3 x^2 - L x + L^2 ) >= 0

x^2 - 3Lx + 3 L^2 >= 0

con D = 9 - 12 = -3 < 0 questo trinomio é sempre positivo

la deformazione massima si ha quindi nell'estremo destro

h = y(L) = q/(2EI) * (L^4/2 - L^4/3 + L^4/12) = q/(2EI) * L^4/4 =

= qL^4/(8EI)

 



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SOS Matematica

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