{"id":511,"date":"2013-06-29T15:21:03","date_gmt":"2013-06-29T20:21:03","guid":{"rendered":"http:\/\/ebixio.com\/blog\/?p=511"},"modified":"2013-06-29T15:21:03","modified_gmt":"2013-06-29T20:21:03","slug":"from-acceleration-to-displacement-part-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/ebixio.com\/blog\/2013\/06\/29\/from-acceleration-to-displacement-part-2\/","title":{"rendered":"From Acceleration to Displacement (part 2)"},"content":{"rendered":"<p>In a <a href=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/2013\/05\/27\/484\/\" title=\"From Acceleration to Displacement\">previous post<\/a> I showed how to analytically double integrate (or rather repeat integrate) a <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9ad9fababb523fdd0f445191c084a449_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#105;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"22\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> wave to arrive at displacement or position. Here I&#8217;ll make it a little more generic, by integrating a sum of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9ad9fababb523fdd0f445191c084a449_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#105;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"22\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> waves, each with its own amplitude and phase. This exercise is motivated by the fact that any arbitrarily complex waveform can be expressed as the sum of a number of sinusoids, so this will allow us to obtain the exact displacement when the acceleration is arbitrarily complex, as long as we&#8217;re able to determine (through FFT perhaps) the sinusoids that make up the acceleration.<\/p>\n<p>We start with an acceleration defined as:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-24333b828307681ab93f06cc20984405_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\" &#65;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#32;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#116;&#41;&#32;&#100;&#116; \" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"30\" width=\"146\" style=\"vertical-align: -16px;\"\/><\/p>\n<p>First integration, to obtain velocity:<\/p>\n<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 115px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (1) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5ba1ffec1375b49743700dbd51d5c676_l3.png\" height=\"115\" width=\"472\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\" &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; &#86;&#32;&#61;&#32;&#92;&#105;&#110;&#116;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#115;&#125;&#94;&#123;&#101;&#125;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#32;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#116;&#41;&#32;&#100;&#116;&#32;&#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#120;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#92;&#98;&#105;&#103;&#103;&#124;&#95;&#123;&#115;&#125;&#94;&#123;&#101;&#125;&#125;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125;&#32;&#92;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; \" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>\n<p>Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8f89fe5ea083a803a5b7624c4ce519ef_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#109;&#32;&#92;&#101;&#113;&#117;&#105;&#118;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"35\" width=\"139\" style=\"vertical-align: -16px;\"\/> and then do the second integration, to obtain displacement or position. <\/p>\n<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 186px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (2) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7d3277777343fb0ad9afd377e408b65a_l3.png\" height=\"186\" width=\"436\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\" &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; &#68;&#32;&#38;&#61;&#32;&#92;&#105;&#110;&#116;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#103;&#125;&#94;&#123;&#104;&#125;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125;&#32;&#92;&#32;&#45;&#32;&#109;&#92;&#32;&#100;&#101;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#101;&#32;&#92;&#98;&#105;&#103;&#103;&#124;&#95;&#103;&#94;&#104;&#125;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#104;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#104;&#32;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#103;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#103;&#32;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; \" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>\n<p>Substitute everything back in (given <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b2d7aabe266d35d23e8d444a2419dc38_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#103;&#32;&#92;&#101;&#113;&#117;&#105;&#118;&#32;&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"41\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-010962e74cab94a0dd15fc66341d8a17_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#104;&#32;&#92;&#101;&#113;&#117;&#105;&#118;&#32;&#101;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"42\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>), and simplify:<\/p>\n<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 223px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (3) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1588dae166b76d154e41397796fe1f23_l3.png\" height=\"223\" width=\"506\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\" &#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; &#68;&#32;&#38;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#104;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#104;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#103;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#103;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#101;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#91;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#45;&#32;&#109;&#115;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#93;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#45;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#43;&#32;&#40;&#115;&#45;&#101;&#41;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125;&#32;&#92;&#92; &#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#43;&#32;&#40;&#101;&#45;&#115;&#41;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125; &#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125; \" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>\n<p>Finally, to take the phase of the signal into account, we would start with:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2172a1eec2945d897a965d8620002fe2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\" &#65;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#32;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#116;&#32;&#43;&#32;&#112;&#95;&#105;&#41;&#32;&#100;&#116; \" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"30\" width=\"183\" style=\"vertical-align: -16px;\"\/><\/p>\n<p>And end with:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/ebixio.com\/blog\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f324ccbf5abcaacc79674c37a5f276e3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\" &#68;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#32;&#43;&#32;&#112;&#95;&#105;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#92;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#115;&#105;&#110;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#101;&#32;&#43;&#32;&#112;&#95;&#105;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#94;&#50;&#125;&#125;&#32;&#43;&#32;&#40;&#101;&#45;&#115;&#41;&#92;&#115;&#117;&#109;&#92;&#108;&#105;&#109;&#105;&#116;&#115;&#95;&#123;&#105;&#125;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#105;&#32;&#92;&#99;&#111;&#115;&#40;&#99;&#95;&#105;&#32;&#115;&#32;&#43;&#32;&#112;&#95;&#105;&#41;&#125;&#123;&#99;&#95;&#105;&#125;&#125; 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