Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

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1.Leicht
kmδst​ = 20 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 20 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 = 20 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 1 kN/mm = 2 kgx

Eine Masse von 2 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 1 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenfrequenz fn in Hz.

m = 2 kgk = 1 kN/m
fn = Hz
3.Mittel
k = 2 kN/mc = 30 N·s/mm = 10 kg

Eine Masse von 10 kg wird von einer Feder mit einer Steifigkeit von 2 kN/m und einem viskosen Dämpfer mit einer Dämpfungskonstante von 30 N·s/m getragen. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

m = 10 kgk = 2 kN/mc = 30 N·s/m
ζ =
4.Mittel
tx10 mm2 Perioden5,3 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 10 mm 2 Perioden später ein Scheitel von 5,3 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 10 mmx2 = 5,3 mmn = 2
ζ =
5.Schwer
k1​ = 30k2​ = 50m = 100 kg

Eine Masse von 100 kg hängt an zwei hintereinander (in Reihe) geschalteten Federn: Die obere Feder hat k₁ = 30 kN/m, die untere k₂ = 50 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen der Federn. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 100 kgk1 = 30 kN/mk2 = 50 kN/m
fn = Hz
6.Schwer
k1​ = 40k2​ = 100m = 20 kg

Eine Masse von 20 kg hängt an zwei nebeneinander (parallel) angeordneten Federn mit den Steifigkeiten k₁ = 40 kN/m und k₂ = 100 kN/m. Die Masse bleibt waagerecht. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen der Federn. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 20 kgk1 = 40 kN/mk2 = 100 kN/m
fn = Hz

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 3,525 Hz
  2. 2. fn = 3,559 Hz
  3. 3. ζ = 0,1061
  4. 4. ζ = 0,05046
  5. 5. fn = 2,179 Hz
  6. 6. fn = 13,32 Hz

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