Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

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1.Leicht
kmδst​ = 5 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 5 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 = 5 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 4 kN/mm = 2 kgx

Eine Masse von 2 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 4 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenkreisfrequenz ωn in rad/s.

m = 2 kgk = 4 kN/m
ωn = rad/s
3.Mittel
tx15 mm2 Perioden8 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 15 mm 2 Perioden später ein Scheitel von 8 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 15 mmx2 = 8 mmn = 2
ζ =
4.Mittel
k = 50 kN/mc = 440 N·s/mm = 150 kg

Eine Masse von 150 kg wird von einer Feder mit einer Steifigkeit von 50 kN/m und einem viskosen Dämpfer mit einer Dämpfungskonstante von 440 N·s/m getragen. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

m = 150 kgk = 50 kN/mc = 440 N·s/m
ζ =
5.Schwer
k1​ = 50k2​ = 12m = 20 kg

Eine Masse von 20 kg hängt an zwei hintereinander (in Reihe) geschalteten Federn: Die obere Feder hat k₁ = 50 kN/m, die untere k₂ = 12 kN/m. Bestimme die Ersatzsteifigkeit keq des Federsystems in kN/m.

m = 20 kgk1 = 50 kN/mk2 = 12 kN/m
keq = kN/m
6.Schwer
k1​ = 5k2​ = 25m = 50 kg

Eine Masse von 50 kg hängt an zwei hintereinander (in Reihe) geschalteten Federn: Die obere Feder hat k₁ = 5 kN/m, die untere k₂ = 25 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen der Federn. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 50 kgk1 = 5 kN/mk2 = 25 kN/m
fn = Hz

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 7,05 Hz
  2. 2. ωn = 44,72 rad/s
  3. 3. ζ = 0,04996
  4. 4. ζ = 0,08033
  5. 5. keq = 9,677 kN/m
  6. 6. fn = 1,453 Hz

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