¿Cuál es la interpretación física del coeficiente lineal en esta EDO para el movimiento de proyectiles?

Para la EDO de segundo orden que gobierna la posición de un proyectil sujeto a la resistencia del aire

metro d 2 X d t 2 + k d X d t + metro gramo = 0 k > 0 , X ( 0 ) = 0 , X ( 0 ) = V > 0

se puede hacer una no-dimensionalización para que el sistema sea entonces

d 2 X d τ 2 + β d X d τ + 1 = 0 k > 0

para variables adimensionales X , τ . Resulta β = k V metro gramo . ¿Cuál es la interpretación física de β ? Me inclinaba a decir que es la velocidad terminal, pero al examinar la EDO se muestra que la velocidad terminal es en realidad metro gramo k . Yo sé eso β es la relación entre la resistencia que siente cuando se dispara y la fuerza total hacia abajo.

Entonces queda la pregunta: ¿Qué es β ?

Respuestas (1)

¡Casi lo respondes tú solo!

Esencialmente es la relación entre la fuerza viscosa y la fuerza gravitacional. Como β 0 , la fuerza gravitatoria domina y el amortiguamiento debido a la fricción del aire es muy pequeño. Así mismo, como β , la fricción del aire domina la solución.

Esto no es realmente tan ilustrativo físicamente, pero no siempre tiene que serlo. Lo que sí te permite hacer es usar solo β para determinar tendencias. Por ejemplo, si β = 0.5 , la solución es la misma si estás en Marte o bajo el agua en la Tierra, o si tu masa es grande o pequeña, etc. Es un parámetro de similitud que reduce el número de variables en tu problema de 4 ( k , V , metro , gramo ) a una sola variable, β .