Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

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1.Leicht
kmδst​ = 1 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 1 mm zusammengedrückt werden. Betrachte sie als ungedämpftes System mit einem Freiheitsgrad und verwende g = 9,81 m/s². Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

δst = 1 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 15 kN/mm = 25 kgx

Eine Masse von 25 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 15 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenfrequenz fn in Hz.

m = 25 kgk = 15 kN/m
fn = Hz
3.Mittel
tx40 mm1 Periode33,1 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 40 mm eine Periode später ein Scheitel von 33,1 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 40 mmx1 = 33,1 mmn = 1
ζ =
4.Mittel
k = 5 kN/mζ = 0,35m = 50 kg

Eine Masse von 50 kg an einer Feder mit einer Steifigkeit von 5 kN/m hat einen viskosen Dämpfer, der einen Dämpfungsgrad von 0,35 ergibt. Bestimme die gedämpfte Eigenfrequenz fd ihrer freien Schwingung in Hz.

m = 50 kgk = 5 kN/mζ = 0,35
fd = Hz
5.Schwer
k1​ = 20k2​ = 50k3​ = 5m = 5 kg

Eine Masse von 5 kg hängt an der Feder k₃ = 5 kN/m. Das obere Ende von k₃ ist an einem starren Balken befestigt, der an zwei nebeneinander angeordneten Federn hängt, k₁ = 20 kN/m und k₂ = 50 kN/m; der Balken bleibt waagerecht. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen von Federn und Balken. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 5 kgk1 = 20 kN/mk2 = 50 kN/mk3 = 5 kN/m
fn = Hz
6.Schwer
k1​ = 10k2​ = 80m = 5 kg

Eine Masse von 5 kg hängt an zwei nebeneinander (parallel) angeordneten Federn mit den Steifigkeiten k₁ = 10 kN/m und k₂ = 80 kN/m. Die Masse bleibt waagerecht. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen der Federn. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 5 kgk1 = 10 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 15,76 Hz
  2. 2. fn = 3,898 Hz
  3. 3. ζ = 0,03012
  4. 4. fd = 1,491 Hz
  5. 5. fn = 4,862 Hz
  6. 6. fn = 21,35 Hz

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