Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

Kostenloses Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen zum Ausdrucken: 6 Aufgaben von leicht bis Prüfungsniveau, mit Lösungsschlüssel. Drucke es aus oder speichere es als PDF.

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1.Leicht
kmδst​ = 10 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 10 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 = 10 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 15 kN/mm = 50 kgx

Eine Masse von 50 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 15 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenkreisfrequenz ωn in rad/s.

m = 50 kgk = 15 kN/m
ωn = rad/s
3.Mittel
k = 25 kN/mc = 220 N·s/mm = 12 kg

Eine Masse von 12 kg wird von einer Feder mit einer Steifigkeit von 25 kN/m und einem viskosen Dämpfer mit einer Dämpfungskonstante von 220 N·s/m getragen. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

m = 12 kgk = 25 kN/mc = 220 N·s/m
ζ =
4.Mittel
tx12 mm1 Periode9,3 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 12 mm eine Periode später ein Scheitel von 9,3 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 12 mmx1 = 9,3 mmn = 1
ζ =
5.Schwer
k1​ = 10k2​ = 30m = 100 kg

Eine Masse von 100 kg hängt an zwei hintereinander (in Reihe) geschalteten Federn: Die obere Feder hat k₁ = 10 kN/m, die untere k₂ = 30 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen der Federn. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 100 kgk1 = 10 kN/mk2 = 30 kN/m
fn = Hz
6.Schwer
k1​ = 12k2​ = 15k3​ = 100m = 10 kg

Eine Masse von 10 kg hängt an der Feder k₃ = 100 kN/m. Das obere Ende von k₃ ist an einem starren Balken befestigt, der an zwei nebeneinander angeordneten Federn hängt, k₁ = 12 kN/m und k₂ = 15 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 = 10 kgk1 = 12 kN/mk2 = 15 kN/mk3 = 100 kN/m
fn = Hz

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 4,985 Hz
  2. 2. ωn = 17,32 rad/s
  3. 3. ζ = 0,2008
  4. 4. ζ = 0,04053
  5. 5. fn = 1,378 Hz
  6. 6. fn = 7,338 Hz

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