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

سائقة تسير بسرعة 90 km/h ترى عائقًا. زمن ردّ فعلها 1,3 s، تكبح السيارة بعده بتباطؤ ثابت 7 m/s². أوجد مسافة التوقّف الكلية d من لحظة رؤيتها العائق.

v₀ = 90 km/ht_r = 1,3 sa = −7 m/s²

d = m

2.علم الحركةصعبة

تُسقَط الكرة A من السكون من ارتفاع 35 m. في اللحظة نفسها تُقذف الكرة B رأسيًا إلى الأعلى من الأرض تحتها مباشرةً بسرعة 28 m/s. أهمل مقاومة الهواء واستخدم g = 9,81 m/s². على أيّ ارتفاع y فوق الأرض تلتقيان؟

H = 35 mv_0B = 28 m/sg = 9,81 m/s²

y = m

3.قوانين نيوتنمتوسطة

ينزلق جسم كتلته 11 kg إلى أسفل منحدر يميل بزاوية 25° عن الأفق. معامل الاحتكاك الحركي 0,25. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد تسارع الجسم a على امتداد المنحدر.

m = 11 kgθ = 25°μ = 0,25g = 9,81 m/s²

a = m/s²

4.قوانين نيوتنصعبة

جسمان على أرضية مستوية موصولان بخيط أفقي خفيف. قوة أفقية مقدارها 50 N تسحب الجسم الأمامي ذا الكتلة 1 kg؛ ويُجرّ الجسم ذو الكتلة 12 kg خلفه. معامل الاحتكاك الحركي 0,15 للجسمين كليهما. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد الشدّ T في الخيط الواصل.

m₁ = 12 kgm₂ = 1 kgF = 50 Nμ = 0,15g = 9,81 m/s²

T = N

5.حركة المقذوفاتمتوسطة

تُركل كرة من أرض مستوية بسرعة 34 m/s وبزاوية 55° فوق الأفق نحو جدار على بعد 66 m. أهمل مقاومة الهواء واستخدم g = 9,81 m/s². على أيّ ارتفاع y تمرّ الكرة بالجدار؟

v₀ = 34 m/sθ = 55°x = 66 mg = 9,81 m/s²

y = m

6.حركة المقذوفاتصعبة

تُرمى كرة من مستوى الأرض بسرعة 39 m/s وبزاوية 55° فوق الأفق. تهبط على السطح المستوي لمبنى ارتفاعه 26 m، وهي في طريقها إلى الأسفل. أهمل مقاومة الهواء واستخدم g = 9,81 m/s². أوجد المسافة الأفقية x من نقطة القذف إلى موضع هبوطها.

v₀ = 39 m/sθ = 55°h_roof = 26 mg = 9,81 m/s²

x = m

7.الحركة الدائريةمتوسطة

منعطف نصف قطره 90 m مائل بزاوية 10°. بأيّ سرعة v يمكن لسيارة أن تسلكه دون أي حاجة إلى الاحتكاك؟ استخدم g = 9,81 m/s².

r = 90 mθ = 10°g = 9,81 m/s²

v = m/s

8.الحركة الدائريةصعبة

كرة مربوطة بخيط طوله 0,9 m تُدار في دائرة رأسية. استخدم g = 9,81 m/s². ما أصغر سرعة v_min عند القمة يبقى عندها الخيط مشدودًا بالكاد؟

r = 0,9 mg = 9,81 m/s²

v_min = m/s

9.الشغل والطاقةمتوسطة

لقاذف ألعاب نابض رأسي صلابته 400 N/m. توضع عليه كرة كتلتها 0,1 kg ويُضغط النابض بمقدار 6 cm ثم يُترك. بإهمال مقاومة الهواء وكتلة النابض، أوجد الارتفاع h الذي ترتفعه الكرة، مقيسًا من موضعها عندما كان النابض مضغوطًا.

m = 0,1 kgk = 400 N/mx = 6 cmg = 9,81 m/s²

h = m

10.الشغل والطاقةصعبة

جسم كتلته 15 kg يبدأ من السكون عند أسفل منحدر بزاوية 25° ويُسحب إلى أعلى المنحدر بقوة ثابتة 135 N موازية للمنحدر. معامل الاحتكاك الحركي 0,15. أوجد سرعة الجسم v بعد أن يتحرّك 7 m إلى أعلى المنحدر.

m = 15 kgF = 135 Nθ = 25°μ = 0,15d = 7 mg = 9,81 m/s²

v = m/s

11.كمية الحركة والتصادماتمتوسطة

منزلق كتلته 3 kg يتحرك بسرعة 11 m/s يصطدم تصادمًا مرنًا تمامًا وجهًا لوجه بمنزلق كتلته 1,5 kg ساكن على مسار أملس. أوجد سرعة المنزلق الأول v′₁ بعد التصادم (موجبة في اتجاهه الأصلي).

m₁ = 3 kgm₂ = 1,5 kgv₁ = 11 m/sv₂ = 0

v′₁ = m/s

12.كمية الحركة والتصادماتصعبة

تُطلق رصاصة كتلتها 20 g أفقيًا في كتلة مقدارها 2 kg معلّقة بخيوط خفيفة طولها 0,5 m، وتستقر فيها. تتأرجح الخيوط حتى أكبر زاوية 30° عن الرأسي. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد سرعة الرصاصة v قبل الاصطدام.

m = 20 gM = 2 kgL = 0,5 mθ = 30°g = 9,81 m/s²

v = m/s

13.دوران الجسم الجاسئمتوسطة

قضيب نحيف منتظم كتلته 8 kg وطوله 1 m مثبَّت بمسمار عند أحد طرفيه ويُترك من السكون في وضع أفقي. أهمل الاحتكاك واستخدم g = 9,81 m/s². أوجد السرعة الزاوية ω للقضيب لحظة مروره بالوضع الرأسي.

m = 8 kgL = 1 mg = 9,81 m/s²

ω = rad/s

14.دوران الجسم الجاسئصعبة

جسم على شكل أسطوانة مصمتة 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 = ½·m·r²g = 9,81 m/s²

μ_s =

15.التروس ومجموعات التروسمتوسطة

يمر سير على بكرة قائدة قطرها 160 mm تدور بسرعة 960 rpm. الشد 800 N في الجانب المشدود و160 N في الجانب المرتخي. أوجد القدرة P المنقولة بوحدة kW.

d₁ = 160 mmn₁ = 960 rpmT₁ = 800 NT₂ = 160 N

P = kW

16.التروس ومجموعات التروسصعبة

في مجموعة تروس مركّبة، يدير الترس A (32 سنًّا) المثبّت على عمود الدخل الدائر بسرعة 2900 rpm الترسَ B (80 سنًّا). الترس C (24 سنًّا) مثبّت على عمود B نفسه ويدير الترس D (25 سنًّا) على عمود الخرج. أوجد سرعة الخرج n_out.

n_in = 2900 rpmA = 32B = 80C = 24D = 25

n_out = rpm

17.النوابض والبندولاتمتوسطة

كتلة مقدارها 3,6 kg على نابض k = 170 N/m تهتز على سطح أملس بسعة 16 cm. أوجد سرعتها v عندما تكون على بعد 1 cm من موضع الاتزان.

m = 3,6 kgk = 170 N/mA = 16 cmx = 1 cm

v = m/s

18.النوابض والبندولاتصعبة

كتلة على نابض k = 260 N/m تهتز على سطح أملس بسعة 13 cm. أوجد طاقتها الحركية K عندما تكون على بعد 11 cm من موضع الاتزان.

k = 260 N/mA = 13 cmx = 11 cm

K = J

19.الاهتزازات الميكانيكيةمتوسطة

كتلة 150 kg يحملها نابض جساءته 80 kN/m ومخمِّد لزج معامل تخميده 350 N·s/m. أوجد نسبة التخميد ζ.

m = 150 kgk = 80 kN/mc = 350 N·s/m

ζ =

20.الاهتزازات الميكانيكيةصعبة

كتلة 50 kg معلّقة بنابضين متجاورين (على التوازي)، جساءتاهما k₁ = 30 kN/m و k₂ = 50 kN/m. تبقى الكتلة أفقية. أهمل التخميد وكتل النوابض. أوجد التردد الطبيعي f_n للاهتزاز الرأسي بالـ Hz.

m = 50 kgk₁ = 30 kN/mk₂ = 50 kN/m

f_n = Hz

3المحاليل

1.علم الحركة

الإجابة: d = 77,14 m

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 = 90/3,6 = 25 m/s

مسافة ردّ الفعل

d₁ = v₀·t_r = 25·1,3 = 32,5 m

مسافة الكبح

d₂ = v₀²/(2a) = 25²/(2·7) = 44,64 m

المجموع

d = 32,5 + 44,64 = 77,14 m

الإجابة

d = 77,14 m

2.علم الحركة

الإجابة: y = 27,34 m

زمن الالتقاء

الاتجاه إلى الأعلى موجب، والأرض عند y = 0.

35 − ½g·t² = 28·t − ½g·t² → t = 35/28 = 1,25 s

ارتفاع الالتقاء

y = 28·1,25 − ½·9,81·1,25² = 27,34 m

الإجابة

y = 27,34 m

3.قوانين نيوتن

الإجابة: a = 1,923 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.

القوى على امتداد المنحدر

الاتجاه إلى أسفل المنحدر موجب.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

التسارع

a = 9,81·(sin 25° − 0,25·cos 25°) = 9,81·(0,4226 − 0,2266) = 1,923 m/s²

الإجابة

a = 1,923 m/s²

4.قوانين نيوتن

الإجابة: T = 46,15 N

النظام كله

a = (F − μ·(m₁ + m₂)·g)/(m₁ + m₂) = (50 − 19,13)/13 = 2,375 m/s²

الجسم الخلفي وحده

T = m₁·(a + μ·g) = 12·(2,375 + 1,472) = 46,15 N

الإجابة

T = 46,15 N

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

5.حركة المقذوفات

الإجابة: y = 38,08 m

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

الزمن حتى الجدار

v_x = 34·cos 55° = 19,5 m/s

t = x/v_x = 66/19,5 = 3,384 s

الارتفاع في تلك اللحظة

y = 27,85·3,384 − ½·9,81·3,384² = 38,08 m

الإجابة

y = 38,08 m

الكرة في طريقها إلى الأسفل أصلًا عند الجدار.

6.حركة المقذوفات

الإجابة: x = 124,4 m

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 = 22,37 m/s, v_y = 31,95 m/s

الزمن حتى الهبوط على السطح

الجذر الأكبر: الكرة نازلة.

26 = 31,95·t − 4,905·t²

t = (31,95 + √(31,95² − 2·9,81·26))/9,81 = 5,56 s

المسافة الأفقية

x = v_x·t = 22,37·5,56 = 124,4 m

الإجابة

x = 124,4 m

7.الحركة الدائرية

الإجابة: v = 12,48 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.

موازنة القوى

N·cos θ = m·g, N·sin θ = m·v²/r → tan θ = v²/(r·g)

السرعة

v = √(r·g·tan θ) = √(90·9,81·tan 10°) = 12,48 m/s

الإجابة

v = 12,48 m/s

(44,92 km/h)

8.الحركة الدائرية

الإجابة: v_min = 2,971 m/s

قوة الشد صفر عند القمة

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·0,9) = 2,971 m/s

الإجابة

v_min = 2,971 m/s

9.الشغل والطاقة

الإجابة: h = 0,7339 m

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).

طاقة النابض

x = 6 cm = 0,06 m

½kx² = ½·400·0,06² = 0,72 J

الارتفاع

m·g = 0,1·9,81 = 0,981 N

h = ½kx²/(mg) = 0,72/0,981 = 0,7339 m

الإجابة

h = 0,7339 m

10.الشغل والطاقة

الإجابة: v = 7,02 m/s

القوى على امتداد المنحدر

m·g = 15·9,81 = 147,2 N

mg·sin θ = 62,19 N

μ·mg·cos θ = 20 N

الشغل والطاقة

½mv² = (135 − 82,19)·7 = 369,7 J

v = √(2·369,7/15) = 7,02 m/s

الإجابة

v = 7,02 m/s

11.كمية الحركة والتصادمات

الإجابة: v′₁ = 3,667 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.

تصادم مرن مع هدف ساكن

حلّ معادلتي حفظ كمية الحركة والطاقة معًا يعطي هاتين النتيجتين.

v′₁ = (3 − 1,5)/(3 + 1,5)·11 = 3,667 m/s

v′₂ = 2·3/(3 + 1,5)·11 = 14,67 m/s

الإجابة

v′₁ = 3,667 m/s

12.كمية الحركة والتصادمات

الإجابة: v = 115,8 m/s

ارتفاع الكتلة

h = L·(1 − cos θ) = 0,5·(1 − cos 30°) = 0,06699 m

السرعة بعد الاصطدام

V = √(2·9,81·0,06699) = 1,146 m/s

تصادم

v = (m + M)·V/m = 2,02·1,146/0,02 = 115,8 m/s

الإجابة

v = 115,8 m/s

13.دوران الجسم الجاسئ

الإجابة: ω = 5,425 rad/s

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.

الفقد في طاقة الوضع

m·g·L/2 = 8·9,81·0,5 = 39,24 J

عزم القصور الذاتي حول المسمار

I_O = m·L²/3 = 8·1²/3 = 2,667 kg·m²

موازنة الطاقة

½·I_O·ω² = 39,24 → ω = √(2·39,24/2,667) = 5,425 rad/s

الإجابة

ω = 5,425 rad/s

14.دوران الجسم الجاسئ

الإجابة: μ_s = 0,08932

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 = 0,5·m·r²·(a/r) → f = 0,5·m·a

التسارع

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 15°/1,5 = 1,693 m/s²

الاحتكاك اللازم

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

μ_s = 0,5·tan 15°/1,5 = 0,08932

الإجابة

μ_s = 0,08932

15.التروس ومجموعات التروس

الإجابة: P = 5,147 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.

سرعة السير

v = 8,042 m/s

القدرة

P = (800 − 160)·8,042 = 5147 W = 5,147 kW

الإجابة

P = 5,147 kW

16.التروس ومجموعات التروس

الإجابة: n_out = 1114 rpm

مجموعات التروس: للتروس المتعشّقة السرعة نفسها عند الأسنان، لذا n₁·N₁ = n₂·N₂: الترس ذو الأسنان الأقل يدور أسرع. التروس المثبّتة على عمود واحد تدور بالسرعة نفسها. تُنقل القدرة (مطروحًا منها الفواقد)، لذا يرتفع العزم عندما تنخفض السرعة: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η، و P = T·ω حيث ω = 2π·n/60.

المرحلة الأولى

n_B = 2900·32/80 = 1160 rpm = n_C

المرحلة الثانية

n_out = 1160·24/25 = 1114 rpm

الإجابة

n_out = 1114 rpm

النسبة الكلية = 2,604 : 1

17.النوابض والبندولات

الإجابة: v = 1,097 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 = √(170/3,6) = 6,872 rad/s

السرعة عند x

v = ω·√(A² − x²) = 6,872·√(0,16² − 0,01²) = 1,097 m/s

الإجابة

v = 1,097 m/s

18.النوابض والبندولات

الإجابة: K = 0,624 J

الطاقة الكلية

E = ½·k·A² = ½·260·0,13² = 2,197 J

طاقة النابض عند x

U = ½·k·x² = ½·260·0,11² = 1,573 J

الطاقة الحركية

K = 2,197 − 1,573 = 0,624 J

الإجابة

K = 0,624 J

19.الاهتزازات الميكانيكية

الإجابة: ζ = 0,05052

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.

التخميد الحرج

c_c = 2·√(k·m) = 2·√(80000·150) = 6928 N·s/m

نسبة التخميد

ζ = c/c_c = 350/6928 = 0,05052

الإجابة

ζ = 0,05052

ζ < 1، لذا النظام تحت المخمَّد ويهتزّ وهو يضمحلّ.

20.الاهتزازات الميكانيكية

الإجابة: f_n = 6,366 Hz

الجساءة المكافئة

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

k_eq = 30 + 50 = 80 kN/m

التردد الطبيعي

ω_n = √(80000/50) = 40 rad/s

f_n = 40/(2π) = 6,366 Hz

الإجابة

f_n = 6,366 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics