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)3,704 s27,78

100 km/h greičiu važiuojantis automobilis stabdo pastoviu 7,5 m/s² lėtėjimu, kol sustoja. Raskite stabdymo kelią s.

v₀ = 100 km/ha = −7,5 m/s²v = 0
s = m
2.KinematikaSunkus
v₀ = 9 m/s30 m

Kamuolys metamas vertikaliai aukštyn 9 m/s greičiu nuo stogo, esančio 30 m virš žemės, krašto. Oro pasipriešinimo nepaisykite, g = 9,81 m/s². Po kiek laiko nuo metimo jis nukris ant žemės? Raskite t.

v₀ = 9 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Niutono dėsniaiVidutinis
θ = 20°30 kgF = ?

30 kg dėžė pastoviu greičiu stumiama aukštyn 20° kampu į horizontalę pasvirusia rampa jėga, lygiagrečia rampai. Kinetinės trinties koeficientas 0,2. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite stūmimo jėgą F.

m = 30 kgθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
F = N
4.Niutono dėsniaiSunkus
θ = 35°kaladėlėv₀ = 12 m/s

Kaladėlė stumtelima taip, kad ji pradeda slysti aukštyn 35° rampa 12 m/s greičiu. Kinetinės trinties koeficientas 0,25. Imkite g = 9,81 m/s². Kokį atstumą d rampa ji nuslysta, kol sustoja?

v₀ = 12 m/sθ = 35°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
d = m
5.Sviedinio judėjimasVidutinis
101 my = ?v0​ = 38 m/s40°

Kamuolys nuo lygios žemės spiriamas 38 m/s greičiu 40° kampu virš horizontalės link sienos, esančios 101 m atstumu. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Kokiame aukštyje y kamuolys praskrenda pro sieną?

v₀ = 38 m/sθ = 40°x = 101 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Sviedinio judėjimasSunkus
h = 55 mv0​ = 28 m/s65°H = ?

Kamuolys 28 m/s greičiu 65° kampu virš horizontalės paleidžiamas nuo 55 m aukščio skardžio viršaus. Nepaisykite oro pasipriešinimo ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią aukštį H virš žemės skardžio papėdėje.

v₀ = 28 m/sθ = 65°h = 55 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Judėjimas apskritimuVidutinis
r = 130 mvmax​ = ?

Automobilis važiuoja horizontaliu 130 m spindulio posūkiu. Rimties trinties koeficientas tarp padangų ir kelio yra 0,8. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią greitį vmax, kuriuo automobilis gali įveikti posūkį neslysdamas.

r = 130 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Judėjimas apskritimuSunkus
θ = 18°į centrąvmax​ = ?

80 m spindulio posūkis turi 18° posvyrį, o statinės trinties tarp padangų ir kelio koeficientas 0,15. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite didžiausią greitį vmax, kuriuo automobilis gali įveikti posūkį nenuslysdamas aukštyn ir į išorę.

r = 80 mθ = 18°μs = 0,15g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Darbas ir energijaVidutinis
30°d = 8 mμ = 0,1

5 kg kūnas nuslysta 8 m nuokalne, pasvirusia 30° kampu į horizontą, kai kinetinės trinties koeficientas 0,1. Raskite darbą Wf, atliktą prieš trintį.

m = 5 kgθ = 30°μ = 0,1d = 8 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Darbas ir energijaSunkus
h = 3 mL = 3,5 mμ = 0,25k = 2000 N/m

0,5 kg kūnas be pradinio greičio paleidžiamas 3 m aukštyje ant lygios rampos. Apačioje jis kerta šiurkščią horizontalią 3,5 m ilgio juostą (μ = 0,25) ir tada užvažiuoja ant spyruoklės (k = 2000 N/m) lygiu paviršiumi. Raskite didžiausią spyruoklės suspaudimą x.

m = 0,5 kgh = 3 mL = 3,5 mμ = 0,25k = 2000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimaiVidutinis
1 kg12 m/s0,5 kg

1 kg vežimėlis, judantis 12 m/s greičiu, absoliučiai tampriai centriškai susiduria su stovinčiu 0,5 kg vežimėliu ant bėgelio be trinties. Raskite pirmojo vežimėlio greitį v′1 po susidūrimo (teigiamą jo pradine judėjimo kryptimi).

m1 = 1 kgm2 = 0,5 kgv1 = 12 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Judesio kiekis ir susidūrimaiSunkus
27 m/s14 m/s

0,5 kg kamuolys atsitrenkia į sieną 27 m/s greičiu ir atšoka tiesiai atgal 14 m/s greičiu. Sąlytis trunka 40 ms. Raskite vidutinę jėgą Favg, kuria siena veikia kamuolį.

m = 0,5 kgvin = 27 m/svout = 14 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Standžiojo kūno sukimasisVidutinis
ω = ?5 kgL = 1,6 mm = 4 kg

Vienalytis plonas 4 kg masės ir 1,6 m ilgio strypas vienu galu pritvirtintas šarnyru ir paleidžiamas iš rimties horizontalioje padėtyje. Prie jo laisvojo galo pritvirtintas mažas 5 kg masės rutuliukas. Trinties nepaisykite ir imkite g = 9,81 m/s². Raskite strypo kampinį greitį ω, kai jis praeina vertikalią padėtį.

m = 4 kgL = 1,6 mmball = 5 kgg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Standžiojo kūno sukimasisSunkus
3,5 m/sω

tuščiaviduris rutulys, kurio masė 17,5 kg, be slydimo rieda 3,5 m/s greičiu. Kiek procentų p visos kinetinės energijos sudaro sukimosi energija?

m = 17,5 kgv = 3,5 m/sI = (2/3)·m·r²
p = %
15.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosVidutinis
d1​ = 125 mmd2​ = 250 mm960 rpmn2​ = ?

125 mm skriemulys sukasi 960 rpm ir diržu suka 250 mm skriemulį, slydimas 1,5 %. Raskite varomojo skriemulio sūkių dažnį n2.

n1 = 960 rpmd1 = 125 mmd2 = 250 mms = 1,5 %
n2 = rpm
16.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavarosSunkus
A = 40B = 72C = 16D = 40

Daugiapakopėje krumpliaratinėje pavaroje krumpliaratis A (40 dantų) ant įėjimo veleno sukasi 960 rpm greičiu ir suka krumpliaratį B (72 dantų). Krumpliaratis C (16 dantų) pritvirtintas prie to paties veleno kaip B ir suka krumpliaratį D (40 dantų) ant išėjimo veleno. Raskite išėjimo sukimosi greitį nout.

nin = 960 rpmA = 40B = 72C = 16D = 40
nout = rpm
17.Spyruoklės ir švytuoklėsVidutinis
L = 1,2 m

Matematinės švytuoklės ilgis – 1,2 m. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite jos periodą T, kai svyravimai maži.

L = 1,2 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Spyruoklės ir švytuoklėsSunkus
1,4 kgk = 280 N/mA = 17 cm

1,4 kg svarelis ant spyruoklės, kurios k = 280 N/m, atitraukiamas 17 cm nuo pusiausvyros padėties ir paleidžiamas. Raskite jo didžiausią pagreitį amax.

m = 1,4 kgk = 280 N/mA = 17 cm
amax = m/s²
19.Mechaniniai virpesiaiVidutinis
k = 50 kN/mζ = 0,4m = 2 kg

2 kg masė ant spyruoklės, kurios standumas 50 kN/m, turi klampųjį slopintuvą, kurio santykinis slopinimo koeficientas 0,4. Raskite jos laisvųjų slopinamųjų virpesių savąjį dažnį fd Hz.

m = 2 kgk = 50 kN/mζ = 0,4
fd = Hz
20.Mechaniniai virpesiaiSunkus
k1​ = 20k2​ = 20m = 25 kg

25 kg masė kabo ant dviejų viena po kitos sujungtų (nuosekliai) spyruoklių: viršutinės k₁ = 20 kN/m, apatinės k₂ = 20 kN/m. Nepaisykite slopinimo ir spyruoklių masių. Raskite vertikaliųjų virpesių savąjį dažnį fn Hz.

m = 25 kgk1 = 20 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz

3Tirpalai

1.Kinematika

Atsakymas: s = 51,44 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s

Stabdymo kelias

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·7,5) = 51,44 m

Atsakymas

s = 51,44 m
2.Kinematika

Atsakymas: t = 3,555 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.

−30 = 9·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 9·t − 30 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

Fizikinę prasmę turi tik teigiama šaknis.

t = (9 + √(9² + 2·9,81·30))/9,81 = 3,555 s

Atsakymas

t = 3,555 s
3.Niutono dėsniai

Atsakymas: F = 156 N

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

Jėgos išilgai nuokalnės

Pastovus greitis: jėgos atsveria viena kitą.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Stūmimo jėga

F = 100,7 + 55,31 = 156 N

Atsakymas

F = 156 N
4.Niutono dėsniai

Atsakymas: d = 9,429 m

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

Lėtėjimas

Abi jėgos nukreiptos žemyn šlaitu; masė susiprastina.

a = 9,81·(sin 35° + 0,25·cos 35°) = 7,636 m/s²

Kelias

d = v₀²/(2a) = 12²/(2·7,636) = 9,429 m

Atsakymas

d = 9,429 m
5.Sviedinio judėjimas

Atsakymas: y = 25,7 m

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Laikas iki sienos

vx = 38·cos 40° = 29,11 m/s
t = x/vx = 101/29,11 = 3,47 s

Aukštis tuo momentu

y = 24,43·3,47 − ½·9,81·3,47² = 25,7 m

Atsakymas

y = 25,7 m

Prie sienos kamuolys jau leidžiasi žemyn.

6.Sviedinio judėjimas

Atsakymas: H = 87,82 m

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Vertikalusis pradinis greitis

vy = 28·sin 65° = 25,38 m/s

Pakilimas virš skardžio

Δh = vy²/(2g) = 25,38²/(2·9,81) = 32,82 m

Aukštis virš žemės

H = 55 + 32,82 = 87,82 m

Atsakymas

H = 87,82 m
7.Judėjimas apskritimu

Atsakymas: vmax = 31,94 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) = √(0,8·9,81·130) = 31,94 m/s

Atsakymas

vmax = 31,94 m/s (115 km/h)
8.Judėjimas apskritimu

Atsakymas: vmax = 19,79 m/s

Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.

Jėgų pusiausvyros

Trintis nukreipta žemyn šlaitu.

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

Greitis

v = √(80·9,81·0,4517/0,9047) = 19,79 m/s

Atsakymas

vmax = 19,79 m/s
(71,26 km/h)
9.Darbas ir energija

Atsakymas: Wf = 33,98 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 = 49,05·0,866 = 42,48 N
F = μN = 0,1·42,48 = 4,248 N

Darbas prieš trintį

Wf = F·d = 4,248·8 = 33,98 J

Atsakymas

Wf = 33,98 J
10.Darbas ir energija

Atsakymas: x = 10,21 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·(3 − 0,25·3,5) = 10,42 J

Didžiausias suspaudimas

½kx² = 10,42 → x = √(2·10,42/2000) = 0,1021 m = 10,21 cm

Atsakymas

x = 10,21 cm
11.Judesio kiekis ir susidūrimai

Atsakymas: v′1 = 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.

Tamprusis susidūrimas su stovinčiu kūnu

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

v′1 = (1 − 0,5)/(1 + 0,5)·12 = 4 m/s
v′2 = 2·1/(1 + 0,5)·12 = 16 m/s

Atsakymas

v′1 = 4 m/s
12.Judesio kiekis ir susidūrimai

Atsakymas: Favg = 512,5 N

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.

Judesio kiekio pokytis

J = m·Δv = 0,5·(14 + 27) = 20,5 N·s

Vidutinė jėga

Favg = J/Δt = 20,5/0,04 = 512,5 N

Atsakymas

Favg = 512,5 N
13.Standžiojo kūno sukimasis

Atsakymas: ω = 3,681 rad/s

Rotation about a fixed axis: the sum of the moments about the axis equals I·α (ΣM = I·α), just as ΣF = m·a for translation. In energy form, a torque T turning through an angle θ (in radians) does work T·θ, which changes the kinetic energy ½·I·ω²; gravity adds or removes m·g·Δh of the centre of mass. Power is P = T·ω.

Potencinės energijos sumažėjimas

m·g·L/2 + mball·g·L = 4·9,81·0,8 + 5·9,81·1,6 = 109,9 J

Inercijos momentas šarnyro atžvilgiu

IO = m·L²/3 + mball·L² = 3,413 + 12,8 = 16,21 kg·m²

Energijos balansas

½·IO·ω² = 109,9 → ω = √(2·109,9/16,21) = 3,681 rad/s

Atsakymas

ω = 3,681 rad/s
14.Standžiojo kūno sukimasis

Atsakymas: p = 40 %

Rolling and angular momentum: a body rolling without slipping has v = ω·r, so its kinetic energy is ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Down a slope that gives a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). When no external moment acts about an axis, the angular momentum about that axis stays constant, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, even if kinetic energy is lost.

Slenkamoji ir sukimosi dalys

Etrans = ½·m·v² = ½·17,5·3,5² = 107,2 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,6667·m·r²·(v/r)² = 0,6667·107,2 = 71,46 J

Sukimosi dalis

p = 71,46/178,6·100% = c/(1 + c)·100% = 40%

Atsakymas

p = 40 %

Dalis priklauso tik nuo formos, o ne nuo masės ar greičio.

15.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: n2 = 472,8 rpm

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.

Sūkių dažnis be slydimo

960·125/250 = 480 rpm

Su slydimu

n2 = 480·0,985 = 472,8 rpm

Atsakymas

n2 = 472,8 rpm
16.Krumpliaračiai ir krumpliaratinės pavaros

Atsakymas: nout = 213,3 rpm

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.

Pirmoji pakopa

nB = 960·40/72 = 533,3 rpm = nC

Antroji pakopa

nout = 533,3·16/40 = 213,3 rpm

Atsakymas

nout = 213,3 rpm

bendras perdavimo skaičius = 4,5 : 1

17.Spyruoklės ir švytuoklės

Atsakymas: T = 2,198 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·√(1,2/9,81) = 2,198 s

Atsakymas

T = 2,198 s
18.Spyruoklės ir švytuoklės

Atsakymas: amax = 34 m/s²

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.

Kampinis dažnis

ω = √(280/1,4) = 14,14 rad/s

Didžiausias pagreitis

amax = A·ω² = 0,17·14,14² = 34 m/s²

Atsakymas

amax = 34 m/s²
19.Mechaniniai virpesiai

Atsakymas: fd = 23,06 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 = √(50000/2) = 158,1 rad/s
fn = 158,1/(2π) = 25,16 Hz

Slopinamųjų virpesių savasis dažnis

fd = fn·√(1 − ζ²) = 25,16·√(1 − 0,4²) = 23,06 Hz

Atsakymas

fd = 23,06 Hz
20.Mechaniniai virpesiai

Atsakymas: fn = 3,183 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 = 1/20 + 1/20 → keq = 20·20/(20 + 20) = 10 kN/m

Savasis dažnis

ωn = √(10000/25) = 20 rad/s
fn = 20/(2π) = 3,183 Hz

Atsakymas

fn = 3,183 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics