Çözüldü Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denklemle Fizik Uygulaması

Konusu 'Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları' forumundadır ve Honore tarafından 2 Eylül 2026 22:27 başlatılmıştır.

Yüklüyor...
  1. Honore

    Honore Yönetici Yönetici

    Mesajlar:
    11.391
    Beğenileri:
    652
    Cinsiyet:
    Bay
    Meslek:
    Müh. (Elk./Bilg.)
    University of Massachusetts - Lowell'den çözümü yaptırılmamış bir problemin klasik sınav uyarlaması:

    İçinde yarım kilo çözülmüş tuz olan 50 litre suyun bulunduğu bir depoya litresi 100 gram tuz içeren su dakikada 2 litre hızla eklenerek iyice karıştırılıp 6 litre / dakika hızla depodan boşaltıldığına göre proses başladıktan 4,5 dakika sonra depodaki solüsyonda kaç gram tuz vardır?

    Tuz miktarı (gram): x
    Dakika olarak zamana (t) bağlı tuzlu su hacmi (litre): V(t) = 50 (litre) + [ (2 - 6) (litre / dakika) ]·t (dakika) = 50 - 4t
    Tuz miktarının zamana bağlı değişimi (gram / dakika): dx / dt = Depoya Giren Tuz - Depodan Çıkan Tuz
    (dx / dt) (gram / dakika) = [ 100 (gram / litre) ]·[ 2 (litre / dakika) ] - { x (gram) / [ (50 - 4t) (litre) }·6 (litre / dakika)
    dx / dt = 200 - 3x / (25 - 2t)
    dx / dt + 3x / (25 - 2t) = 200....(I)
    t zamanına bağlı fonksiyonlar u ve v olmak üzere x = u·v....(II) ⇒ dx / dt = u·dv / dt + v·du / dt....(III)
    (II) ve (III) eşitlikleri (I) denklemindeki yerine yazılıp düzenlenirse u·[ dv / dt + 3v / (25 - 2t) ] + v·du / dt = 200....(IV)
    dv / dt + 3v / (25 - 2t) = 0 olmasını sağlayan v fonksiyonu dv / v + 3dt / (25 - 2t) = 0 ⇒ ln(v) - (3 / 2)ln(25 - 2t) = ln(c1)
    v = c1·(25 - 2t)^(3 / 2)....(V)
    (V) fonksiyonu (IV) denklemindeki yerine götürüldüğünde u·0 + [ c1·(25 - 2t)^(3 / 2) ]·(du / dt) = 200
    du = (200 / c1)·[ (25 - 2t)^(-3 / 2) ]dt
    u = (200 / c1)·(-1 / 2)(25 - 2t)^(-1 / 2) / (-1 / 2) + c2 = (200 / c1)·(25 - 2t)^(-1 / 2) + c2....(VI)
    (V) ve (VI) fonksiyonları (II) eşitliğindeki yerlerine konulduğunda;
    x(t) = [ (200 / c1)·(25 - 2t)^(-1 / 2) + c2 ]·[ c1·(25 - 2t)^(3 / 2) ]
    x(t) = 200(25 - 2t) + c1·c2·(25 - 2t)^(3 / 2)
    x(t) = 5000 - 400·t + c·(25 - 2t)^(3 / 2)....(VII) genel çözümü bulunarak x(0) = 500 gram başlangıç değerine göre,
    500 = 5000 - 0 + c·125
    c = -4500 / 125 = -36 değeri (VII) denklemindeki yerine yazılıp özel çözüm; x(t) = 5000 - 400·t - 36·(25 - 2t)^(3 / 2)
    t = 4,5 = 9 / 2 dakika sonunda kalan tuz miktarı x(3) = 5000 - 400(9 / 2) - 36·[ 25 - 2(9 / 2) ]^(3 / 2)
    x(3) = 3200 - 36·(4^2)^(3 / 2) = 3200 - 36·64 = 3200 - 2304 = 896 gram.

    Sorunun Aslı:
    [​IMG]
    https://i.ibb.co/Lzg7fws7/Amherst.png
    https://wetalldid.wordpress.com/wp-...ring-differential-equations-steve-pennell.pdf
    (Son soru)

    Not: Kırmızı renkli genel denklemin benim biraz ezbere olduğunu düşündüğüm için öğrendiğimden beri hiç sevmediğim "İntegrasyon Faktörü Yöntemi"ne göre Google Gemini tarafından bulunuşu:
    [​IMG]
    https://i.ibb.co/nM0MPvZj/Integrasyon-Fakt-r.png

  2. Benzer Konular: Birinci Mertebe
    Forum Başlık Tarih
    Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denklem - Euler Yöntemine Göre Programlama 18 Aralık 2025
    Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denklem 25 Eylül 2024
    Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denklem Uygulaması 13 Nisan 2024
    Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denklemle Fizik Uygulaması - Üstel Sayılar 20 Ağustos 2023
    Akademik Soru Çözümleri ve Kaynakları Tam Diferansiyel Denkleme veya Bernoulli Tipinden Birinci Mertebe Lineer Diferansiyel Denkleme Dönüş 20 Haziran 2023

Sayfayı Paylaş