الديناميكا: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و20 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدة العودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

علم الحركة

السرعة المتجهة: v = v₀ + a·t
الإزاحة: s = v₀·t + ½·a·t²
دون الزمن: v² = v₀² + 2·a·s
الوحدات: 1 m/s = 3,6 km/h

الطريقة

اذكر ما تعرفه: v₀ و v و a و t و s، مع الوحدات.
اختر المعادلة التي تحتوي معطياتك الثلاثة والمجهول.
اختر اتجاهًا موجبًا واحدًا وأعطِ الكميات المعاكسة إشارة سالبة.
حلّ وتحقّق من أن الإجابة معقولة فيزيائيًا.

قوانين نيوتن

القانون الثاني: ΣF = m·a
الوزن: W = m·g
الاحتكاك الحركي: F_f = μ·N
على منحدر: على امتداد المنحدر: m·g·sin θ، عموديًا عليه: m·g·cos θ

الطريقة

ارسم مخطط الجسم الحر مع كل قوة تؤثّر في الجسم.
اختر اتجاهًا موجبًا على امتداد الحركة.
حلّل القوى إلى مركّبات موازية للحركة وعمودية عليها (على المنحدر: m·g·sin θ موازية، و m·g·cos θ نحو المنحدر).
طبّق ΣF = m·a على امتداد الحركة؛ الاحتكاك μ·N عكس الحركة.

حركة المقذوفات

المركّبات: v_x = v₀cos θ, v_y = v₀sin θ
الموضع: x = v_xt, y = h + v_yt − ½gt²
أقصى ارتفاع: H = h + v_y²/(2g)
المدى (أرض مستوية): R = v₀²·sin 2θ/g

الطريقة

حلّل سرعة الإطلاق إلى مركّبتين: v_x = v₀·cos θ و v_y = v₀·sin θ.
للحركة الأفقية سرعة ثابتة؛ وللحركة الرأسية تسارع −g.
أوجد زمن التحليق من الحركة الرأسية.
استخدم ذلك الزمن في الحركة الأفقية لإيجاد المدى.

الحركة الدائرية

التسارع المركزي: a = v²/r = ω²·r
القوة المركزية: F = m·v²/r
السرعة الزاوية: ω = v/r = 2π/T
منعطف مستوٍ، احتكاك: v_max = √(μ·g·r)

الشغل والطاقة

الطاقة الحركية: E_k = ½mv²
طاقة الوضع: E_p = mgh
موازنة الطاقة: E_k1 + E_p1 + W = E_k2 + E_p2 + losses
شغل الاحتكاك: W = μ·N·d
القدرة: P = W/t

كمية الحركة والتصادمات

كمية الحركة: p = m·v
الحفظ: Σm·v (before) = Σm·v (after)
عديم المرونة تمامًا: v′ = (m₁v₁ + m₂v₂)/(m₁ + m₂)
الدفع: J = F·Δt = m·Δv

الطريقة

اختر اتجاهًا موجبًا وأعطِ كل سرعة إشارتها.
اكتب كمية الحركة الكلية قبل التصادم: Σm·v.
في التصادم غير المرن تمامًا يتحرّك الجسمان معًا بعده؛ وفي التصادم المرن تُحفظ الطاقة الحركية أيضًا.
ساوِ كمية الحركة قبل التصادم بكمية الحركة بعده وحلّ.

دوران الجسم الجاسئ

عزوم القصور الذاتي حول G: القضيب mL²/12، القرص ½mR²، الحلقة mR²، الكرة المصمتة (2/5)mR²، الكرة المجوّفة (2/3)mR²
نظرية المحور الموازي: I = I_G + m·d²
نصف قطر الدوران: I = m·k²
القضيب حول طرفه: I = mL²/3
معادلة الحركة: ΣM = I·α
السرعة بوحدة rad/s: ω = 2π·n/60
الطاقة الحركية: E = ½·I·ω²
الشغل والقدرة: W = T·θ, P = T·ω
التدحرج دون انزلاق: v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
كمية الحركة الزاوية: L = I·ω, I₁ω₁ = I₂ω₂
الاصطدام حول محور ارتكاز: m·v·d = I·ω

الطريقة

اختر المحور: محور ارتكاز ثابت، أو مركز الكتلة للأجسام المتدحرجة.
أوجد عزم القصور الذاتي حول ذلك المحور من النتائج القياسية، مستخدمًا I = I_G + m·d² للمحور المزاح.
اختر الطريقة: ΣM = I·α للتسارعات والقوى، والطاقة (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) للسرعات، وكمية الحركة الزاوية للاصطدامات والتغيّرات المفاجئة.
اربط الحركة الخطية بالحركة الزاوية بالعلاقتين v = ω·r وa = α·r، وحوّل rpm إلى rad/s.

التروس ومجموعات التروس

تروس متعشّقة: n₁·N₁ = n₂·N₂
العزم: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η
القدرة: P = T·ω, ω = 2π·n/60
مجموعة تروس مركّبة: النسبة الكلية = حاصل ضرب نسب المراحل

النوابض والبندولات

كتلة على نابض: T = 2π·√(m/k)
البندول: T = 2π·√(L/g)
التردد الزاوي: ω = √(k/m) = 2π/T
أقصى سرعة وأقصى تسارع: v_max = A·ω, a_max = A·ω²
الطاقة: E = ½·k·A²

الاهتزازات الميكانيكية

التردد الطبيعي: ω_n = √(k/m), f_n = ω_n/(2π)
من الانحراف الاستاتيكي: ω_n = √(g/δ_st)
التخميد الحرج: c_c = 2√(km) = 2mω_n
نسبة التخميد: ζ = c/c_c
التردد المخمَّد: ω_d = ω_n√(1 − ζ²)
التناقص اللوغاريتمي: δ = (1/n)·ln(x₀/x_n), ζ = δ/√(4π² + δ²)
نوابض على التوازي: k = k₁ + k₂
نوابض على التوالي: 1/k = 1/k₁ + 1/k₂

2مسائل تدريبية

1.علم الحركةمتوسطة

سيارة تسير بسرعة 54 km/h تكبح بتباطؤ ثابت مقداره 4,5 m/s² حتى تتوقف. كم يستغرق الكبح؟ أوجد t.

v₀ = 54 km/ha = −4,5 m/s²v = 0

t = s

2.علم الحركةصعبة

تُقذف كرة رأسيًا إلى الأعلى بسرعة 5 m/s من حافة سطح يرتفع 20 m عن الأرض. أهمل مقاومة الهواء واستخدم g = 9,81 m/s². أوجد أقصى ارتفاع h_max فوق الأرض.

v₀ = 5 m/sh₀ = 20 mg = 9,81 m/s²

h_max = m

3.قوانين نيوتنمتوسطة

زلّاجة كتلتها 20 kg تُسحب على ثلج مستوٍ بحبل يميل 20° فوق الأفق بقوة 180 N. معامل الاحتكاك الحركي 0,2. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد تسارع الزلّاجة a.

m = 20 kgF = 180 Nθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²

a = m/s²

4.قوانين نيوتنصعبة

جسمان على أرضية مستوية موصولان بخيط أفقي خفيف. قوة أفقية مقدارها 45 N تسحب الجسم الأمامي ذا الكتلة 2 kg؛ ويُجرّ الجسم ذو الكتلة 9 kg خلفه. معامل الاحتكاك الحركي 0,2 للجسمين كليهما. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد الشدّ T في الخيط الواصل.

m₁ = 9 kgm₂ = 2 kgF = 45 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²

T = N

5.حركة المقذوفاتمتوسطة

تُقذف كرة بزاوية 50° فوق الأفق من أرض مستوية. أهمل مقاومة الهواء. أوجد زمن التحليق t حتى ترتطم الكرة بالأرض.

v₀ = 16 m/sθ = 50°g = 9,81 m/s²

t = s

6.حركة المقذوفاتصعبة

تُقذف كرة بسرعة 13 m/s وبزاوية 45° فوق الأفق من قمة جرف ارتفاعه 55 m. أهمل مقاومة الهواء واستخدم g = 9,81 m/s². بأيّ زاوية α تحت الأفق ترتطم بالأرض؟

v₀ = 13 m/sθ = 45°h = 55 mg = 9,81 m/s²

α = °

7.الحركة الدائريةمتوسطة

كرة صغيرة مربوطة بخيط طوله 0,3 m تتحرّك في دائرة أفقية بحيث يصنع الخيط زاوية ثابتة 15° مع الرأسي (بندول مخروطي). استخدم g = 9,81 m/s². أوجد سرعة الكرة v.

L = 0,3 mθ = 15°g = 9,81 m/s²

v = m/s

8.الحركة الدائريةصعبة

كرة كتلتها 1 kg مربوطة بخيط طوله 0,7 m تُدار في دائرة رأسية. عند أدنى نقطة تتحرك بسرعة 5,5 m/s. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد قوة الشد T في الخيط عند أدنى نقطة.

m = 1 kgr = 0,7 mv = 5,5 m/sg = 9,81 m/s²

T = N

9.الشغل والطاقةمتوسطة

ينزلق جسم كتلته 10 kg مسافة 15 m على منحدر يميل بزاوية 35° عن الأفق، بمعامل احتكاك حركي 0,15. أوجد الشغل W_f المبذول ضد الاحتكاك.

m = 10 kgθ = 35°μ = 0,15d = 15 mg = 9,81 m/s²

W_f = J

10.الشغل والطاقةصعبة

عربة كتلتها 2 kg تُترك من السكون على ارتفاع 5,2 m على مسار أملس يؤدي إلى حلقة دائرية رأسية نصف قطرها 2 m. أوجد القوة العمودية N التي يؤثّر بها المسار على العربة عند قمة الحلقة.

m = 2 kgh = 5,2 mR = 2 mg = 9,81 m/s²

N = N

11.كمية الحركة والتصادماتمتوسطة

تُطلق رصاصة كتلتها 15 g أفقيًا في كتلة خشبية مقدارها 3 kg معلّقة بخيوط خفيفة، وتستقر داخلها. تتأرجح الكتلة إلى الأعلى حتى تصبح أعلى بمقدار 16 cm من البداية. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد سرعة الرصاصة v قبل الاصطدام.

m = 15 gM = 3 kgh = 16 cmg = 9,81 m/s²

v = m/s

12.كمية الحركة والتصادماتصعبة

عند تقاطع تصطدم سيارة كتلتها 1700 kg تسير شرقًا بسرعة 14 m/s بسيارة كتلتها 1900 kg تسير شمالًا بسرعة 13 m/s. تلتحم السيارتان معًا. أوجد اتجاه الحطام θ مباشرةً بعد التصادم، مقيسًا شمال الشرق.

m₁ = 1700 kgv₁ = 14 m/s (E)m₂ = 1900 kgv₂ = 13 m/s (N)

θ = °

13.دوران الجسم الجاسئمتوسطة

قضيب نحيف منتظم كتلته 15 kg وطوله 2,1 m مثبَّت بمسمار عند أحد طرفيه ومُمسَك أفقيًا. يُترك من السكون. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد تسارع a_tip الطرف الحر مباشرةً بعد تركه.

m = 15 kgL = 2,1 mg = 9,81 m/s²

a_tip = m/s²

14.دوران الجسم الجاسئصعبة

جسم على شكل طوق رقيق يتدحرج دون انزلاق على منحدر يميل 15° عن الأفق. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد أصغر معامل احتكاك سكوني μ_s يمنعه من الانزلاق.

θ = 15°I = m·r²g = 9,81 m/s²

μ_s =

15.التروس ومجموعات التروسمتوسطة

محرّك قدرته 5,5 kW يعمل بسرعة 1440 rpm يدير ترسًا صغيرًا له 30 سنًّا وموديول 5 mm. أوجد القوة المماسية F_t على أسنان الترس الصغير.

P = 5,5 kWn = 1440 rpmN₁ = 30m = 5 mm

F_t = N

16.التروس ومجموعات التروسصعبة

يصل سير مفتوح بين بكرة قائدة قطرها 100 mm تدور بسرعة 960 rpm وبكرة قطرها 400 mm؛ والمسافة بين المركزين 500 mm. معامل الاحتكاك 0,25 ولا يجوز أن يتجاوز الشد في الجانب المشدود 800 N. أوجد أكبر قدرة P يستطيع السير نقلها دون انزلاق، بوحدة kW (أهمل أثر القوة الطاردة المركزية).

d₁ = 100 mmn₁ = 960 rpmd₂ = 400 mmC = 500 mmμ = 0,25T₁ = 800 N

P = kW

17.النوابض والبندولاتمتوسطة

كتلة مقدارها 2,7 kg على نابض k = 70 N/m تهتز على سطح أملس بسعة 5 cm. أوجد سرعتها v عندما تكون على بعد 1 cm من موضع الاتزان.

m = 2,7 kgk = 70 N/mA = 5 cmx = 1 cm

v = m/s

18.النوابض والبندولاتصعبة

رصاصة كتلتها 20 g تتحرّك بسرعة 200 m/s تصطدم بكتلة مقدارها 3,5 kg ساكنة على سطح أملس وتستقر فيها. الكتلة موصولة بنابض أفقي k = 1600 N/m. أوجد سعة الاهتزاز الناتج A بوحدة cm.

m = 20 gv = 200 m/sM = 3,5 kgk = 1600 N/m

A = cm

19.الاهتزازات الميكانيكيةمتوسطة

كتلة 40 kg على نابض جساءته 20 kN/m لها مخمِّد لزج يعطي نسبة تخميد 0,6. أوجد التردد الطبيعي المخمَّد f_d لاهتزازها الحر بالـ Hz.

m = 40 kgk = 20 kN/mζ = 0,6

f_d = Hz

20.الاهتزازات الميكانيكيةصعبة

كتلة 20 kg معلّقة بنابضين متجاورين (على التوازي)، جساءتاهما k₁ = 5 kN/m و k₂ = 60 kN/m. تبقى الكتلة أفقية. أهمل التخميد وكتل النوابض. أوجد التردد الطبيعي f_n للاهتزاز الرأسي بالـ Hz.

m = 20 kgk₁ = 5 kN/mk₂ = 60 kN/m

f_n = Hz

3المحاليل

1.علم الحركة

الإجابة: t = 3,333 s

الحركة بتسارع ثابت: v = v₀ + a·t و s = v₀·t + ½·a·t² و v² = v₀² + 2·a·s. اختر المعادلة التي تحتوي على الكميات الثلاث المعلومة والكمية المطلوبة، وحافظ على اتساق الإشارات مع اتجاه موجب واحد.

الوحدات

v₀ = 54/3,6 = 15 m/s

زمن الكبح

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 15/4,5 = 3,333 s

الإجابة

t = 3,333 s

2.علم الحركة

الإجابة: h_max = 21,27 m

الارتفاع فوق السطح

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 5²/(2·9,81) = 1,274 m

الارتفاع فوق الأرض

h_max = 20 + 1,274 = 21,27 m

الإجابة

h_max = 21,27 m

3.قوانين نيوتن

الإجابة: a = 7,111 m/s²

قانون نيوتن الثاني: القوة المحصلة على جسم تساوي كتلته مضروبة في تسارعه، ΣF = m·a. ارسم مخطط الجسم الحر، واختر اتجاهًا موجبًا على امتداد الحركة، واجمع كل القوى في ذلك الاتجاه: القوى المؤثرة، والاحتكاك μ·N المعاكس للحركة، ومركّبات الجاذبية.

القوة العمودية

N = m·g − F·sin θ = 196,2 − 180·sin 20° = 134,6 N

القوى الأفقية

m·a = F·cos θ − μ·N = 169,1 − 26,93

a = 142,2/20 = 7,111 m/s²

الإجابة

a = 7,111 m/s²

4.قوانين نيوتن

الإجابة: T = 36,82 N

النظام كله

a = (F − μ·(m₁ + m₂)·g)/(m₁ + m₂) = (45 − 21,58)/11 = 2,129 m/s²

الجسم الخلفي وحده

T = m₁·(a + μ·g) = 9·(2,129 + 1,962) = 36,82 N

الإجابة

T = 36,82 N

مع μ نفسه للجسمين يختفي الاحتكاك: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.حركة المقذوفات

الإجابة: t = 2,499 s

حركة المقذوفات: دون مقاومة الهواء x = v_xt و y = h + v_yt − ½gt². الاتجاهان مستقلان، لكنهما يشتركان في الزمن نفسه.

حلّل سرعة الإطلاق

السرعة الأفقية ثابتة؛ والحركة الرأسية لها تسارع ثابت g = 9,81 m/s² إلى الأسفل.

v_x = v₀·cos θ = 16·cos 50° = 10,28 m/s

v_y = v₀·sin θ = 16·sin 50° = 12,26 m/s

زمن التحليق

الانطلاق والهبوط على الارتفاع نفسه: t = 2v_y/g.

t = 2·12,26/9,81 = 2,499 s

الإجابة

t = 2,499 s

6.حركة المقذوفات

الإجابة: α = 74,92 °

حركة المقذوفات: دون مقاومة الهواء x = v_xt و y = h + v_yt − ½gt². الاتجاهان مستقلان، لكنهما يشتركان في الزمن نفسه.

حلّل سرعة الإطلاق

v_x = 13·cos 45° = 9,192 m/s

v_y0 = 13·sin 45° = 9,192 m/s

السرعة الرأسية عند الارتطام

الطاقة أو v² = v₀² + 2as في الاتجاه الرأسي.

v_y = √(9,192² + 2·9,81·55) = 34,11 m/s

زاوية الارتطام

tan α = v_y/v_x = 34,11/9,192 → α = 74,92°

الإجابة

α = 74,92°

7.الحركة الدائرية

الإجابة: v = 0,4518 m/s

الحركة الدائرية المنتظمة: الجسم الذي يتحرك بسرعة v على دائرة نصف قطرها r يتسارع نحو المركز بـ a = v²/r، لذا يحتاج إلى قوة محصلة نحو الداخل F = m·v²/r. وهذه القوة يوفّرها مؤثر حقيقي: الاحتكاك أو الشد أو الجاذبية أو القوة العمودية.

نصف قطر الدائرة

r = L·sin θ = 0,3·sin 15° = 0,07765 m

السرعة

الشدّ والجاذبية معًا يعطيان القوة المتجهة إلى الداخل: tan θ = v²/(r·g).

v = √(r·g·tan θ) = √(0,07765·9,81·tan 15°) = 0,4518 m/s

الإجابة

v = 0,4518 m/s

8.الحركة الدائرية

الإجابة: T = 53,02 N

القوى عند أدنى نقطة

الاتجاه نحو المركز (إلى الأعلى) موجب.

T − m·g = m·v²/r

T = 1·9,81 + 1·5,5²/0,7 = 9,81 + 43,21 = 53,02 N

الإجابة

T = 53,02 N

9.الشغل والطاقة

الإجابة: W_f = 180,8 J

مبدأ الشغل والطاقة: التغيّر في الطاقة الحركية يساوي شغل جميع القوى. كتابة الجاذبية والنوابض كطاقة وضع (mgh و ½kx²) يحوّل ذلك إلى موازنة: الطاقة الابتدائية = الطاقة النهائية + الطاقة المفقودة بالاحتكاك (μN·d).

قوة الاحتكاك

N = mg·cos θ = 98,1·0,8192 = 80,36 N

F = μN = 0,15·80,36 = 12,05 N

الشغل ضد الاحتكاك

W_f = F·d = 12,05·15 = 180,8 J

الإجابة

W_f = 180,8 J

10.الشغل والطاقة

الإجابة: N = 3,924 N

السرعة عند القمة

v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(5,2 − 4) = 23,54 m²/s²

القوى عند القمة

m·g = 2·9,81 = 19,62 N

N = mv²/R − mg = 2·23,54/2 − 19,62 = 3,924 N

الإجابة

N = 3,924 N

تكمل العربة الحلقة بالكاد عندما h = 2,5R؛ وعندئذٍ N = 0 عند القمة.

11.كمية الحركة والتصادمات

الإجابة: v = 356,1 m/s

حفظ كمية الحركة: عندما لا تؤثر قوة خارجية أثناء التصادم، تساوي كمية الحركة الكلية Σm·v قبل التصادم نظيرتها بعده. للسرعات اتجاه، لذا اختر اتجاهًا موجبًا وأعطِ السرعات في الاتجاه المعاكس إشارة سالبة. في التصادم المرن تُحفظ الطاقة الحركية أيضًا؛ وفي التصادم عديم المرونة تمامًا يلتحم الجسمان.

التأرجح بعد الاصطدام

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,16) = 1,772 m/s

تصادم

m·v = (m + M)·V → v = (0,015 + 3)·1,772/0,015 = 356,1 m/s

الإجابة

v = 356,1 m/s

12.كمية الحركة والتصادمات

الإجابة: θ = 46,06 °

مركّبات كمية الحركة

p_x = 1700·14 = 23800 kg·m/s

p_y = 1900·13 = 24700 kg·m/s

الاتجاه

tan θ = p_y/p_x = 1,038 → θ = 46,06°

الإجابة

θ = 46,06°

13.دوران الجسم الجاسئ

الإجابة: a_tip = 14,71 m/s²

الدوران حول محور ثابت: مجموع العزوم حول المحور يساوي I·α (ΣM = I·α)، تمامًا كما ΣF = m·a في الانتقال. وبصيغة الطاقة، العزم T الذي يدير بزاوية θ (بالراديان) يبذل شغلًا T·θ، يغيّر الطاقة الحركية ½·I·ω²؛ والجاذبية تضيف أو تنزع m·g·Δh لمركز الكتلة. القدرة P = T·ω.

العزوم حول المسمار

لحظة الترك ω = 0، لذا لا يوجد تسارع مركزي ويتسارع المركز رأسيًا إلى الأسفل.

m·g·L/2 = (m·L²/3)·α → α = 3g/(2L) = 3·9,81/(2·2,1) = 7,007 rad/s²

تسارع الطرف الحر

a_tip = α·L = 7,007·2,1 = 14,71 m/s²

الإجابة

a_tip = 14,71 m/s²

a_tip = 1,5·g لأي طول: الطرف الحر يسقط أسرع من حجر مُسقَط.

14.دوران الجسم الجاسئ

الإجابة: μ_s = 0,134

التدحرج وكمية الحركة الزاوية: الجسم المتدحرج دون انزلاق له v = ω·r، لذا طاقته الحركية ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). وعلى منحدر يعطي ذلك a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). عندما لا يؤثّر عزم خارجي حول محور، تبقى كمية الحركة الزاوية حول ذلك المحور ثابتة، I₁·ω₁ = I₂·ω₂، حتى لو فُقدت طاقة حركية.

معادلات الحركة

m·g·sin θ − f = m·a

f·r = I·α = 1·m·r²·(a/r) → f = 1·m·a

التسارع

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 15°/2 = 1,27 m/s²

الاحتكاك اللازم

f = c·m·a ≤ μ·m·g·cos θ → μ ≥ c·tan θ/(1 + c)

μ_s = 1·tan 15°/2 = 0,134

الإجابة

μ_s = 0,134

15.التروس ومجموعات التروس

الإجابة: F_t = 486,3 N

هندسة التروس: الموديول m يحدّد حجم السن. الترس ذو N سنًّا قطر خطوته d = m·N، والترسان المتعشّقان لهما الموديول نفسه، والمسافة بين مركزيهما a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. سرعة خط الخطوة v = π·d·n/60، وقوة السن المماسية تُستنتج من العزم: F_t = 2T/d.

العزم على الترس الصغير

ω = 2π·1440/60 = 150,8 rad/s

T = P/ω = 5500/150,8 = 36,47 N·m

قطر الخطوة

d = m·N = 5·30 = 150 mm

القوة المماسية

F_t = 2T/d = 2·36,47/0,15 = 486,3 N

الإجابة

F_t = 486,3 N

16.التروس ومجموعات التروس

الإجابة: P = 1,886 kW

نقل الحركة بالسيور: من دون انزلاق يكون لبكرتين سرعة الحافة نفسها v = π·d·n/60، إذن n₁·d₁ = n₂·d₂ ونسبة السرعة d₂/d₁. يجعل الانزلاق s البكرة المقودة أبطأ قليلًا: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). والقدرة المنقولة P = (T₁ − T₂)·v، حيث T₁ الشد في الجانب المشدود وT₂ في الجانب المرتخي. يحدّ الاحتكاك نسبة الشدّين: T₁/T₂ = e^μθ، حيث θ زاوية التفاف السير بالراديان على البكرة الأصغر؛ ولسير مفتوح θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) حيث C المسافة بين المركزين.

زاوية الالتفاف

θ = 2,532 rad

الشد في الجانب المرتخي

e^μθ = e^0,6331 = 1,883, T₂ = 800/1,883 = 424,8 N

القدرة

P = (800 − 424,8)·5,027 = 1,886 kW

الإجابة

P = 1,886 kW

17.النوابض والبندولات

الإجابة: v = 0,2494 m/s

الحركة التوافقية البسيطة: كتلة m على نابض صلابته k تهتز بتردد زاوي ω = √(k/m) وزمن دوري T = 2π/ω = 2π·√(m/k). وللبندول البسيط الذي طوله L يكون T = 2π·√(L/g). وبسعة A، تكون أقصى سرعة A·ω، وأقصى تسارع A·ω²، والطاقة ½·k·A².

التردد الزاوي

ω = √(70/2,7) = 5,092 rad/s

السرعة عند x

v = ω·√(A² − x²) = 5,092·√(0,05² − 0,01²) = 0,2494 m/s

الإجابة

v = 0,2494 m/s

18.النوابض والبندولات

الإجابة: A = 5,33 cm

السرعة بعد الاصطدام

V = m·v/(m + M) = 0,02·200/3,52 = 1,136 m/s

التردد الزاوي

ω = √(k/(m + M)) = √(1600/3,52) = 21,32 rad/s

السعة

A = V/ω = 1,136/21,32 = 0,0533 m = 5,33 cm

الإجابة

A = 5,33 cm

19.الاهتزازات الميكانيكية

الإجابة: f_d = 2,847 Hz

الاهتزاز الحر لنظام كتلة–نابض: التردد الطبيعي غير المخمَّد ω_n = √(k/m) بالـ rad/s، و f_n = ω_n/(2π) بالـ Hz. المخمِّد اللزج c يعطي نسبة التخميد ζ = c/c_c، مع التخميد الحرج c_c = 2·√(k·m) = 2·m·ω_n. النظام تحت المخمَّد (ζ < 1) يهتزّ عند ω_d = ω_n·√(1 − ζ²). النوابض على التوازي تُجمع، k = k₁ + k₂؛ والنوابض على التوالي تُجمع مقلوباتها، 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

التردد الطبيعي غير المخمَّد

ω_n = √(20000/40) = 22,36 rad/s

f_n = 22,36/(2π) = 3,559 Hz

التردد الطبيعي المخمَّد

f_d = f_n·√(1 − ζ²) = 3,559·√(1 − 0,6²) = 2,847 Hz

الإجابة

f_d = 2,847 Hz

20.الاهتزازات الميكانيكية

الإجابة: f_n = 9,073 Hz

الجساءة المكافئة

النوابض المتجاورة تتشارك الانحراف وتُجمع قواها، لذا تُجمع جساءاتها مباشرة: k = k₁ + k₂.

k_eq = 5 + 60 = 65 kN/m

التردد الطبيعي

ω_n = √(65000/20) = 57,01 rad/s

f_n = 57,01/(2π) = 9,073 Hz

الإجابة

f_n = 9,073 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics