Dinamika: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 20 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Kinematika

Greitis
v = v0 + a·t
Poslinkis
s = v0·t + ½·a·t²
Be laiko
v² = v0² + 2·a·s
Vienetai
1 m/s = 3,6 km/h

Metodas

  1. Išvardykite, ką žinote: v₀, v, a, t ir s, su vienetais.
  2. Pasirinkite lygtį, kurioje yra trys žinomi dydžiai ir ieškomasis.
  3. Pasirinkite vieną teigiamą kryptį, o priešingos krypties dydžiams suteikite minuso ženklą.
  4. Išspręskite ir patikrinkite, ar atsakymas fiziškai prasmingas.

Niutono dėsniai

Antrasis dėsnis
ΣF = m·a
Svoris
W = m·g
Kinetinė trintis
Ff = μ·N
Nuokalnėje
išilgai: m·g·sin θ, statmenai: m·g·cos θ

Metodas

  1. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą su visomis kūną veikiančiomis jėgomis.
  2. Pasirinkite teigiamą kryptį judėjimo kryptimi.
  3. Jėgas išskaidykite į dedamąsias išilgai judėjimo ir statmenai jam (nuokalnėje: m·g·sin θ išilgai, m·g·cos θ į nuokalnę).
  4. Išilgai judėjimo taikykite ΣF = m·a; trintis lygi μ·N ir nukreipta prieš judėjimą.

Sviedinio judėjimas

Dedamosios
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Padėtis
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Didžiausias aukštis
H = h + vy²/(2g)
Nuotolis (lygus paviršius)
R = v0²·sin 2θ/g

Metodas

  1. Pradinį greitį išskaidykite į dedamąsias: vx = v₀·cos θ ir vy = v₀·sin θ.
  2. Horizontalusis judėjimas vyksta pastoviu greičiu; vertikaliojo judėjimo pagreitis yra −g.
  3. Skrydžio laiką raskite iš vertikaliojo judėjimo.
  4. Šį laiką naudokite horizontaliajame judėjime nuotoliui rasti.

Judėjimas apskritimu

Įcentrinis pagreitis
a = v²/r = ω²·r
Įcentrinė jėga
F = m·v²/r
Kampinis greitis
ω = v/r = 2π/T
Horizontalus posūkis, trintis
vmax = √(μ·g·r)

Darbas ir energija

Kinetinė energija
Ek = ½mv²
Potencinė energija
Ep = mgh
Energijos balansas
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Trinties darbas
W = μ·N·d
Galia
P = W/t

Judesio kiekis ir susidūrimai

Judesio kiekis
p = m·v
Tvermė
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Absoliučiai netamprus smūgis
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Jėgos impulsas
J = F·Δt = m·Δv

Metodas

  1. Pasirinkite teigiamą kryptį ir kiekvienam greičiui suteikite ženklą.
  2. Užrašykite bendrą judesio kiekį prieš susidūrimą: Σm·v.
  3. Po absoliučiai netampraus susidūrimo kūnai juda kartu; tampriajame susidūrime išlieka ir kinetinė energija.
  4. Prilyginkite judesio kiekį prieš susidūrimą judesio kiekiui po jo ir išspręskite.

Standžiojo kūno sukimasis

Inercijos momentai G atžvilgiu
strypas mL²/12, diskas ½mR², žiedas mR², vientisas rutulys (2/5)mR², tuščiaviduris rutulys (2/3)mR²
Šteinerio teorema
I = IG + m·d²
Inercijos spindulys
I = m·k²
Strypas apie galą
I = mL²/3
Judėjimo lygtis
ΣM = I·α
Greitis rad/s
ω = 2π·n/60
Kinetinė energija
E = ½·I·ω²
Darbas ir galia
W = T·θ, P = T·ω
Riedėjimas be slydimo
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Judesio kiekio momentas
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Smūgis į šarnyrą
m·v·d = I·ω

Metodas

  1. Pasirinkite ašį: nejudamą šarnyrą arba masės centrą riedantiems kūnams.
  2. Iš standartinių rezultatų raskite inercijos momentą tos ašies atžvilgiu, perkeltai ašiai naudodami I = IG + m·d².
  3. Pasirinkite metodą: ΣM = I·α pagreičiams ir jėgoms, energiją (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) greičiams, judesio kiekio momentą smūgiams ir staigiems pokyčiams.
  4. Tiesinį ir sukamąjį judėjimą susiekite pagal v = ω·r ir a = α·r, o rpm perskaičiuokite į rad/s.

Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Sukibę krumpliaračiai
n1·N1 = n2·N2
Sukimo momentas
T2 = T1·(N2/N1)·η
Galia
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Daugiapakopė pavara
bendras perdavimo skaičius = pakopų perdavimo skaičių sandauga

Spyruoklės ir švytuoklės

Svarelis ant spyruoklės
T = 2π·√(m/k)
Švytuoklė
T = 2π·√(L/g)
Kampinis dažnis
ω = √(k/m) = 2π/T
Didžiausi greitis ir pagreitis
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Energija
E = ½·k·A²

Mechaniniai virpesiai

Savasis dažnis
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
Iš statinio įlinkio
ωn = √(g/δst)
Kritinis slopinimas
cc = 2√(km) = 2mωn
Slopinimo koeficientas
ζ = c/cc
Slopinamųjų virpesių dažnis
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Logaritminis slopinimo dekrementas
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Lygiagrečiai sujungtos spyruoklės
k = k1 + k2
Nuosekliai sujungtos spyruoklės
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Uždaviniai

1.KinematikaVidutinis
t (s)v (m/s)1,5 s13,89

50 km/h greičiu važiuojanti vairuotoja pamato kliūtį. Jos reakcijos laikas 1,5 s, po kurio automobilis stabdo pastoviu 5,5 m/s² lėtėjimu. Raskite visą stabdymo kelią d nuo momento, kai ji pamato kliūtį.

v₀ = 50 km/htr = 1,5 sa = −5,5 m/s²
d = m
2.KinematikaSunkus
v₀ = 16 m/s35 m

Kamuolys metamas vertikaliai aukštyn 16 m/s greičiu nuo stogo, esančio 35 m virš žemės, krašto. Oro pasipriešinimo nepaisykite, g = 9,81 m/s². Po kiek laiko nuo metimo jis nukris ant žemės? Raskite t.

v₀ = 16 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Niutono dėsniaiVidutinis
θ = 40°a = ?m = 12 kg

12 kg kūnas slysta žemyn nuokalne be trinties, pasvirusia 40° kampu į horizontą. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite kūno pagreitį a išilgai nuokalnės.

m = 12 kgθ = 40°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Niutono dėsniaiSunkus
m1​ = 6,5 kg5,5 kgμ = 0,1

6,5 kg kūnas ant horizontalaus stalo lengvu siūlu, permestu per skridinį be trinties, sujungtas su pakabintu 5,5 kg kroviniu. Kinetinės trinties koeficientas tarp kūno ir stalo yra 0,1. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite sistemos pagreitį a.

m1 = 6,5 kgm2 = 5,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Sviedinio judėjimasVidutinis
v0​ = 34 m/sθ = ?R = 40 m

Kamuolys nuo lygios žemės paleidžiamas 34 m/s greičiu ir turi nukristi 40 m atstumu. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite mažesnįjį iš dviejų galimų išmetimo kampų θ.

v₀ = 34 m/sR = 40 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Sviedinio judėjimasSunkus
5 mv0​ = 34 m/s40°x = ?

Kamuolys nuo žemės paviršiaus išmetamas 34 m/s greičiu 40° kampu virš horizontalės. Jis nukrinta ant plokščio 5 m aukščio pastato stogo, jau leisdamasis žemyn. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite horizontalųjį atstumą x nuo išmetimo taško iki nusileidimo vietos.

v₀ = 34 m/sθ = 40°hroof = 5 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Judėjimas apskritimuVidutinis
r = 125 mvmax​ = ?

Automobilis važiuoja horizontaliu 125 m spindulio posūkiu. Rimties trinties koeficientas tarp padangų ir kelio yra 0,7. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią greitį vmax, kuriuo automobilis gali įveikti posūkį neslysdamas.

r = 125 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Judėjimas apskritimuSunkus
r = 0,7 m8 m/svtop​ = ?

0,8 kg rutuliukas ant lengvo 0,7 m ilgio siūlo sukamas vertikaliu apskritimu. Žemiausiame taške jo greitis 8 m/s. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite siūlo įtempimo jėgą Ttop aukščiausiame taške.

m = 0,8 kgr = 0,7 mvbottom = 8 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Darbas ir energijaVidutinis
20°d = 17 mμ = 0,25

2 kg kūnas nuslysta 17 m nuokalne, pasvirusia 20° kampu į horizontą, kai kinetinės trinties koeficientas 0,25. Raskite darbą Wf, atliktą prieš trintį.

m = 2 kgθ = 20°μ = 0,25d = 17 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Darbas ir energijaSunkus
h = 1,5 mL = 3 mμ = 0,3k = 800 N/m

0,5 kg kūnas be pradinio greičio paleidžiamas 1,5 m aukštyje ant lygios rampos. Apačioje jis kerta šiurkščią horizontalią 3 m ilgio juostą (μ = 0,3) ir tada užvažiuoja ant spyruoklės (k = 800 N/m) lygiu paviršiumi. Raskite didžiausią spyruoklės suspaudimą x.

m = 0,5 kgh = 1,5 mL = 3 mμ = 0,3k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimaiVidutinis
4 kg6 m/s2 kg

4 kg vežimėlis, judantis 6 m/s greičiu, absoliučiai tampriai centriškai susiduria su stovinčiu 2 kg vežimėliu ant bėgelio be trinties. Raskite antrojo vežimėlio greitį v′2 po susidūrimo.

m1 = 4 kgm2 = 2 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Judesio kiekis ir susidūrimaiSunkus
4,5 kgv = ?5 g15°L = 0,7 m

5 g kulka horizontaliai įšaunama į 4,5 kg tašelį, kabantį ant lengvų 0,7 m ilgio siūlų, ir jame įstringa. Siūlai atsilenkia didžiausiu 15° kampu nuo vertikalės. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite kulkos greitį v prieš smūgį.

m = 5 gM = 4,5 kgL = 0,7 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Standžiojo kūno sukimasisVidutinis
n = 300 rpmTb​ = 20 N·mI = 0,5 kg·m²

Smagratis, kurio inercijos momentas 0,5 kg·m², sukasi 300 rpm. Stabdys sukuria pastovų trinties momentą 20 N·m. Per kiek laiko t jis sustoja?

I = 0,5 kg·m²n = 300 rpmTb = 20 N·m
t = s
14.Standžiojo kūno sukimasisSunkus
θ = 30°a

tuščiaviduris rutulys be slydimo rieda nuožulnia plokštuma, pakreipta 30° kampu į horizontalę. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite jo centro pagreitį a.

θ = 30°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
d1​ = 120 mmd2​ = 250 mm1500 rpmT1​ = 1000 NT2​ = 300 NP = ?

Diržas juda ant 120 mm varančiojo skriemulio, kuris sukasi 1500 rpm. Įtemptosios šakos įtempimas yra 1000 N, laisvosios – 300 N. Raskite perduodamą galią P kW.

d1 = 120 mmn1 = 1500 rpmT1 = 1000 NT2 = 300 N
P = kW
16.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
A = 25B = 48C = 24D = ?

Sudėtinėje krumpliaračių pavaroje krumpliaratis A (25 dantų) ant įėjimo veleno sukasi 2880 rpm greičiu ir suka krumpliaratį B (48 dantų). Krumpliaratis C (24 dantų) pritvirtintas prie to paties veleno kaip B ir suka krumpliaratį D ant išėjimo veleno. Išėjimo velenas turi suktis 600 rpm greičiu. Kiek dantų ND turi turėti krumpliaratis D?

nin = 2880 rpmA = 25B = 48C = 24nout = 600 rpm
ND =
17.Spyruoklės ir švytuoklėsVidutinis
L = 1,4 m

Matematinės švytuoklės ilgis – 1,4 m. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite jos periodą T, kai svyravimai maži.

L = 1,4 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Spyruoklės ir švytuoklėsSunkus
mk = 460 N/mA = 17 cmx = 15 cm

Krovinys ant spyruoklės, kurios k = 460 N/m, svyruoja ant paviršiaus be trinties 17 cm amplitude. Raskite spyruoklėje sukauptą energiją U, kai krovinys yra 15 cm atstumu nuo pusiausvyros padėties.

k = 460 N/mA = 17 cmx = 15 cm
U = J
19.Mechaniniai virpesiaiVidutinis
k = 200 kN/mζ = 0,45m = 5 kg

5 kg masė ant spyruoklės, kurios standumas 200 kN/m, turi klampųjį slopintuvą, kurio santykinis slopinimo koeficientas 0,45. Raskite jos laisvųjų slopinamųjų virpesių savąjį dažnį fd Hz.

m = 5 kgk = 200 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Mechaniniai virpesiaiSunkus
k1​ = 50k2​ = 5m = 10 kg

10 kg masė kabo ant dviejų viena po kitos sujungtų (nuosekliai) spyruoklių: viršutinės k₁ = 50 kN/m, apatinės k₂ = 5 kN/m. Nepaisykite slopinimo ir spyruoklių masių. Raskite vertikaliųjų virpesių savąjį dažnį fn Hz.

m = 10 kgk1 = 50 kN/mk2 = 5 kN/m
fn = Hz

3Tirpalai

1.Kinematika

Atsakymas: d = 38,37 m

Judėjimas pastoviu pagreičiu: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² ir v² = v₀² + 2·a·s. Pasirinkite lygtį, į kurią įeina trys žinomi dydžiai ir ieškomasis, ir ženklus derinkite su viena teigiama kryptimi.

Vienetai

v₀ = 50/3,6 = 13,89 m/s

Reakcijos kelias

d1 = v₀·tr = 13,89·1,5 = 20,83 m

Stabdymo kelias

d2 = v₀²/(2a) = 13,89²/(2·5,5) = 17,54 m

Iš viso

d = 20,83 + 17,54 = 38,37 m

Atsakymas

d = 38,37 m
2.Kinematika

Atsakymas: t = 4,761 s

Judėjimas pastoviu pagreičiu: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² ir v² = v₀² + 2·a·s. Pasirinkite lygtį, į kurią įeina trys žinomi dydžiai ir ieškomasis, ir ženklus derinkite su viena teigiama kryptimi.

Judėjimo lygtis

Aukštyn – teigiama kryptis, žemė yra h₀ žemiau pradinio taško.

−35 = 16·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 16·t − 35 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

Fizikinę prasmę turi tik teigiama šaknis.

t = (16 + √(16² + 2·9,81·35))/9,81 = 4,761 s

Atsakymas

t = 4,761 s
3.Niutono dėsniai

Atsakymas: a = 6,306 m/s²

Antrasis Niutono dėsnis: kūną veikiančių jėgų atstojamoji lygi jo masės ir pagreičio sandaugai, ΣF = m·a. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą, pasirinkite teigiamą kryptį judėjimo kryptimi ir sudėkite visas jėgas ta kryptimi: veikiančias jėgas, judėjimui priešingą trintį μ·N ir sunkio jėgos dedamąsias.

Jėgos išilgai nuokalnės

Žemyn nuokalne – teigiama kryptis.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Pagreitis

a = 9,81·(sin 40° − 0·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0) = 6,306 m/s²

Atsakymas

a = 6,306 m/s²
4.Niutono dėsniai

Atsakymas: a = 3,965 m/s²

Antrasis Niutono dėsnis: kūną veikiančių jėgų atstojamoji lygi jo masės ir pagreičio sandaugai, ΣF = m·a. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą, pasirinkite teigiamą kryptį judėjimo kryptimi ir sudėkite visas jėgas ta kryptimi: veikiančias jėgas, judėjimui priešingą trintį μ·N ir sunkio jėgos dedamąsias.

Sistemos pagreitis

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (53,96 − 6,377)/12 = 3,965 m/s²

Atsakymas

a = 3,965 m/s²
5.Sviedinio judėjimas

Atsakymas: θ = 9,922 °

Sviedinio judėjimas: be oro pasipriešinimo x = vxt ir y = h + vyt − ½gt². Abi kryptys nepriklausomos, jas sieja tik tas pats laikas.

Nuotolio formulė

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·40/34² = 0,3394

Kampas

2θ = 19,84° → θ = 9,922°

Atsakymas

θ = 9,922°

Kitas sprendinys yra 90° − θ = 80,08°.

6.Sviedinio judėjimas

Atsakymas: x = 109,7 m

Sviedinio judėjimas: be oro pasipriešinimo x = vxt ir y = h + vyt − ½gt². Abi kryptys nepriklausomos, jas sieja tik tas pats laikas.

Išskaidykite pradinį greitį

vx = 26,05 m/s, vy = 21,85 m/s

Laikas iki nusileidimo ant stogo

Didesnioji šaknis: kamuolys leidžiasi.

5 = 21,85·t − 4,905·t²
t = (21,85 + √(21,85² − 2·9,81·5))/9,81 = 4,214 s

Horizontalus atstumas

x = vx·t = 26,05·4,214 = 109,7 m

Atsakymas

x = 109,7 m
7.Judėjimas apskritimu

Atsakymas: vmax = 29,3 m/s

Tolygus judėjimas apskritimu: kūnas, judantis v greičiu r spindulio apskritimu, įgyja į centrą nukreiptą pagreitį a = v²/r, todėl jį turi veikti į centrą nukreipta atstojamoji jėga F = m·v²/r. Šią jėgą sukuria kas nors realaus: trintis, siūlo įtempimas, sunkio jėga arba normalinė jėga.

Trintis sukuria įcentrinę jėgą

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,7·9,81·125) = 29,3 m/s

Atsakymas

vmax = 29,3 m/s (105,5 km/h)
8.Judėjimas apskritimu

Atsakymas: Ttop = 33,9 N

Tolygus judėjimas apskritimu: kūnas, judantis v greičiu r spindulio apskritimu, įgyja į centrą nukreiptą pagreitį a = v²/r, todėl jį turi veikti į centrą nukreipta atstojamoji jėga F = m·v²/r. Šią jėgą sukuria kas nors realaus: trintis, siūlo įtempimas, sunkio jėga arba normalinė jėga.

Greitis viršuje

Kinetinė energija 2r aukštyje virsta potencine energija.

vtop² = 8² − 4·9,81·0,7 = 36,53 m²/s²

Jėgos viršuje

Įtempimo ir sunkio jėgos abi nukreiptos žemyn, į centrą.

T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,8·36,53/0,7 − 0,8·9,81 = 33,9 N

Atsakymas

Ttop = 33,9 N
9.Darbas ir energija

Atsakymas: Wf = 78,36 J

Darbo ir energijos principas: kinetinės energijos pokytis lygus visų jėgų darbui. Sunkį ir spyruokles užrašius kaip potencinę energiją (mgh ir ½kx²), gaunamas balansas: pradinė energija = galutinė energija + trinčiai prarasta energija (μN·d).

Trinties jėga

N = mg·cos θ = 19,62·0,9397 = 18,44 N
F = μN = 0,25·18,44 = 4,609 N

Darbas prieš trintį

Wf = F·d = 4,609·17 = 78,36 J

Atsakymas

Wf = 78,36 J
10.Darbas ir energija

Atsakymas: x = 8,578 cm

Darbo ir energijos principas: kinetinės energijos pokytis lygus visų jėgų darbui. Sunkį ir spyruokles užrašius kaip potencinę energiją (mgh ir ½kx²), gaunamas balansas: pradinė energija = galutinė energija + trinčiai prarasta energija (μN·d).

Energija po šiurkščios juostos

Rampa lygi, todėl energiją atima tik juosta.

mgh − μmgL = 4,905·(1,5 − 0,3·3) = 2,943 J

Didžiausias suspaudimas

½kx² = 2,943 → x = √(2·2,943/800) = 0,08578 m = 8,578 cm

Atsakymas

x = 8,578 cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimai

Atsakymas: v′2 = 8 m/s

Judesio kiekio tvermės dėsnis: kai susidūrimo metu neveikia išorinės jėgos, bendras judesio kiekis Σm·v prieš susidūrimą lygus bendram judesio kiekiui po jo. Greitis turi kryptį, todėl pasirinkite teigiamą kryptį, o priešinga kryptimi nukreiptiems greičiams rašykite minuso ženklą. Tampriojo susidūrimo metu išlieka ir kinetinė energija; absoliučiai netampriojo – kūnai sukimba.

Tamprusis susidūrimas su stovinčiu kūnu

Kartu išsprendus judesio kiekio ir energijos tvermės lygtis, gaunami šie du rezultatai.

v′1 = (4 − 2)/(4 + 2)·6 = 2 m/s
v′2 = 2·4/(4 + 2)·6 = 8 m/s

Atsakymas

v′2 = 8 m/s
12.Judesio kiekis ir susidūrimai

Atsakymas: v = 616,4 m/s

Judesio kiekio tvermės dėsnis: kai susidūrimo metu neveikia išorinės jėgos, bendras judesio kiekis Σm·v prieš susidūrimą lygus bendram judesio kiekiui po jo. Greitis turi kryptį, todėl pasirinkite teigiamą kryptį, o priešinga kryptimi nukreiptiems greičiams rašykite minuso ženklą. Tampriojo susidūrimo metu išlieka ir kinetinė energija; absoliučiai netampriojo – kūnai sukimba.

Tašelio pakilimas

h = L·(1 − cos θ) = 0,7·(1 − cos 15°) = 0,02385 m

Greitis po smūgio

V = √(2·9,81·0,02385) = 0,6841 m/s

Susidūrimas

v = (m + M)·V/m = 4,505·0,6841/0,005 = 616,4 m/s

Atsakymas

v = 616,4 m/s
13.Standžiojo kūno sukimasis

Atsakymas: t = 0,7854 s

Sukimasis apie nejudamą ašį: momentų ašies atžvilgiu suma lygi I·α (ΣM = I·α), kaip ΣF = m·a slenkamajam judėjimui. Energijos pavidalu sukimo momentas T, pasukęs kampu θ (radianais), atlieka darbą T·θ, kuris keičia kinetinę energiją ½·I·ω²; sunkis prideda arba atima masės centro m·g·Δh. Galia yra P = T·ω.

Kampinis greitis

ω = 2π·300/60 = 31,42 rad/s

Lėtėjimas ir laikas

α = Tb/I = 20/0,5 = 40 rad/s²
t = ω/α = 31,42/40 = 0,7854 s

Atsakymas

t = 0,7854 s
14.Standžiojo kūno sukimasis

Atsakymas: a = 2,943 m/s²

Riedėjimas ir judesio kiekio momentas: be slydimo riedančio kūno v = ω·r, todėl jo kinetinė energija yra ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Nuožulnia plokštuma tai duoda a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). Kai apie ašį neveikia išorinis momentas, judesio kiekio momentas tos ašies atžvilgiu išlieka pastovus, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, net jei kinetinė energija prarandama.

Judėjimo lygtys

m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a

Pagreitis

a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 30°/1,667 = 2,943 m/s²

Atsakymas

a = 2,943 m/s²
15.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: P = 6,597 kW

Diržinės pavaros: be slydimo abiejų skriemulių lanko greitis vienodas, v = π·d·n/60, todėl n₁·d₁ = n₂·d₂, o greičių santykis yra d₂/d₁. Slydimas s varomąjį skriemulį šiek tiek sulėtina: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Perduodama galia P = (T₁ − T₂)·v, kai T₁ yra įtemptosios, o T₂ – laisvosios šakos įtempimas. Trintis riboja įtempimų santykį: T₁/T₂ = eμθ, kai θ yra apkabos kampas radianais ant mažesniojo skriemulio; atviram diržui θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)), kai ašių atstumas C.

Diržo greitis

v = 9,425 m/s

Galia

P = (1000 − 300)·9,425 = 6597 W = 6,597 kW

Atsakymas

P = 6,597 kW
16.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: ND = 60

Krumpliaratinės pavaros: sukibusių krumpliaračių dantų greitis vienodas, todėl n₁·N₁ = n₂·N₂: krumpliaratis su mažiau dantų sukasi greičiau. Ant vieno veleno esantys krumpliaračiai sukasi vienodu greičiu. Galia perduodama toliau (atėmus nuostolius), todėl mažėjant sukimosi greičiui sukimo momentas didėja: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, o P = T·ω, kur ω = 2π·n/60.

Tarpinio veleno greitis

nB = nC = 2880·25/48 = 1500 rpm

Krumpliaračio D dantys

ND = C·nC/nout = 24·1500/600 = 60

Atsakymas

ND = 60
17.Spyruoklės ir švytuoklės

Atsakymas: T = 2,374 s

Harmoniniai svyravimai: m masės svarelis ant k standumo spyruoklės svyruoja kampiniu dažniu ω = √(k/m), o jo periodas T = 2π/ω = 2π·√(m/k). L ilgio matematinės švytuoklės periodas T = 2π·√(L/g). Kai amplitudė A, didžiausias greitis yra A·ω, didžiausias pagreitis A·ω², o energija ½·k·A².

Švytuoklės periodas

T = 2π·√(1,4/9,81) = 2,374 s

Atsakymas

T = 2,374 s
18.Spyruoklės ir švytuoklės

Atsakymas: U = 5,175 J

Harmoniniai svyravimai: m masės svarelis ant k standumo spyruoklės svyruoja kampiniu dažniu ω = √(k/m), o jo periodas T = 2π/ω = 2π·√(m/k). L ilgio matematinės švytuoklės periodas T = 2π·√(L/g). Kai amplitudė A, didžiausias greitis yra A·ω, didžiausias pagreitis A·ω², o energija ½·k·A².

Visa energija

E = ½·k·A² = ½·460·0,17² = 6,647 J

Spyruoklės energija taške x

U = ½·k·x² = ½·460·0,15² = 5,175 J

Atsakymas

U = 5,175 J
19.Mechaniniai virpesiai

Atsakymas: fd = 28,43 Hz

Masės ir spyruoklės sistemos laisvieji virpesiai: neslopinamų virpesių savasis dažnis ωn = √(k/m) rad/s, o fn = ωn/(2π) Hz. Klampusis slopintuvas c lemia slopinimo koeficientą ζ = c/cc, kur kritinis slopinimas cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Nepakankamai slopinama sistema (ζ < 1) virpa dažniu ωd = ωn·√(1 − ζ²). Lygiagrečiai sujungtų spyruoklių standumai sudedami, k = k₁ + k₂; nuosekliai sujungtų – sudedamos atvirkštinės vertės, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Neslopinamų virpesių savasis dažnis

ωn = √(200000/5) = 200 rad/s
fn = 200/(2π) = 31,83 Hz

Slopinamųjų virpesių savasis dažnis

fd = fn·√(1 − ζ²) = 31,83·√(1 − 0,45²) = 28,43 Hz

Atsakymas

fd = 28,43 Hz
20.Mechaniniai virpesiai

Atsakymas: fn = 3,393 Hz

Masės ir spyruoklės sistemos laisvieji virpesiai: neslopinamų virpesių savasis dažnis ωn = √(k/m) rad/s, o fn = ωn/(2π) Hz. Klampusis slopintuvas c lemia slopinimo koeficientą ζ = c/cc, kur kritinis slopinimas cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Nepakankamai slopinama sistema (ζ < 1) virpa dažniu ωd = ωn·√(1 − ζ²). Lygiagrečiai sujungtų spyruoklių standumai sudedami, k = k₁ + k₂; nuosekliai sujungtų – sudedamos atvirkštinės vertės, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Ekvivalentinis standumas

Nuosekliai sujungtas spyruokles veikia ta pati jėga, o jų deformacijos sudedamos, todėl sudedamos atvirkštinės vertės: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/50 + 1/5 → keq = 50·5/(50 + 5) = 4,545 kN/m

Savasis dažnis

ωn = √(4545/10) = 21,32 rad/s
fn = 21,32/(2π) = 3,393 Hz

Atsakymas

fn = 3,393 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics