Esercitazione su sistemi di equazioni differenziali ordinarie
Si vuole approssimare il moto di un pendolo di Foucault, moto descritto
dal seguente sistema di equazioni differenziali ordinarie:
in cui
e
rappresentano
la posizione del pendolo (supposto di massa puntiforme) all'istante
temporale
,
è la velocità della Terra,
è
la latitudine a cui si trova il pendolo,
,
e
è la lunghezza
della corda del pendolo.
Si prendano
,
.
Al sistema si
possono aggiungere delle condizioni iniziali
- Si riduca il sistema di equazioni differenziali del secondo ordine
ad un sistema di equazioni del primo ordine
- Si approssimi il sistema ottenuto con lo schema di Eulero Esplicito e
con lo schema predictor-corrector AB2-AM3 sull'intervallo
temporale
, scegliendo opportunamente il
parametro di discretizzazione
per entrambe i metodi.
La scelta di
sia dettata da condizioni di stabilità e
di accuratezza.
Poiché il moto del pendolo è periodico con ampiezza
costante, le coordinate
e
non si dovrebbero smorzare né amplificare
sensibilmente. In particolare lo smorzamento è dovuto alla
scarsa accuratezza (di fatto si ha una dissipazione artificiale
dovuta allo schema numerico), mentre l'amplificazione è dovuta
all'instabilità.
- Rappresentare graficamente la traiettoria del pendolo nel piano
in funzione del tempo. A tale proposito si possono
utilizzare le istruzioni salvate nel file tempo.m.
- Utilizzare la function di MATLAB ode45 (help ode45) per
risolvere lo stesso problema. A tale proposito bisogna definire una
nuova function in cui definire la funzione
associata al sistema di equazioni differenziali.
L'intestazione sarà
e dovrà costruire un vettore colonna f.