La cadena colgante - ayuda con la derivación

Estoy tratando de entender la derivación de los modos normales de una cadena colgante dada aquí [pdf].

El autor considera una cadena con densidad por unidad de longitud ρ colgando de un punto fijo y adopta un sistema de coordenadas con el X eje que apunta verticalmente hacia arriba desde el extremo suelto de la cadena en su posición de equilibrio y el tu eje que apunta a la derecha. Los desplazamientos horizontales se consideran pequeños, de modo que las distancias a lo largo de la cadena se pueden aproximar como distancias a lo largo de X .

La tensión en la cadena en la posición X es w ( X ) = ρ gramo X y la fuerza de aceleración se debe a la diferencia en las componentes horizontales de la tensión en los extremos de un pequeño intervalo de cadena, Δ X .

Si el segmento en X está desplazada de la vertical un ángulo α , la componente horizontal de la tensión es F ( X ) = w ( X ) pecado α W tu X . Creo que entiendo esto: si la notación tu X medio d tu / d X . El autor dice entonces:

La diferencia de fuerza entre los puntos en el cambio [sic - creo que se refiere a "cadena"] en X y X + Δ X es así Δ F = Δ X ( w tu X ) X .

Esta parte no la entiendo. Cómo Δ F = w ( X + Δ X ) tu X w ( X ) tu X convertirse en la expresión anterior?

Respuestas (1)

Usando la expansión de Taylor,

w ( X + Δ X ) = w ( X ) + w X ( X ) Δ X + O ( Δ X 2 )

tu X ( X + Δ X ) = tu X ( X ) + tu X X ( X ) Δ X + O ( Δ X 2 )

Reemplace lo anterior por lo siguiente,

w ( X + Δ X ) tu X ( X + Δ X ) w ( X ) tu X ( X ) Δ X w X ( X ) tu X ( X ) + Δ X w ( X ) tu X X ( X ) = Δ X ( w tu X ) X