Dinamik: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 20 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Kinematik

Halaju
v = v0 + a·t
Sesaran
s = v0·t + ½·a·t²
Tanpa masa
v² = v0² + 2·a·s
Unit
1 m/s = 3.6 km/h

Kaedah

  1. Senaraikan apa yang anda tahu: v₀, v, a, t dan s, dengan unit.
  2. Pilih persamaan yang mengandungi tiga nilai diketahui anda dan nilai yang tidak diketahui.
  3. Pilih satu arah positif dan berikan kuantiti yang bertentangan tanda tolak.
  4. Selesaikan dan semak bahawa jawapan munasabah secara fizikal.

Hukum Newton

Hukum kedua
ΣF = m·a
Berat
W = m·g
Geseran kinetik
Ff = μ·N
Pada cerun
selari: m·g·sin θ, normal: m·g·cos θ

Kaedah

  1. Lukis gambar rajah jasad bebas dengan setiap daya pada jasad.
  2. Pilih arah positif sepanjang gerakan.
  3. Pecahkan daya kepada komponen sepanjang dan berserenjang dengan gerakan (pada cerun: m·g·sin θ sepanjang, m·g·cos θ ke dalam cerun).
  4. Gunakan ΣF = m·a sepanjang gerakan; geseran ialah μ·N melawan gerakan.

Gerakan peluru

Komponen
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Kedudukan
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Ketinggian maksimum
H = h + vy²/(2g)
Julat (tanah rata)
R = v0²·sin 2θ/g

Kaedah

  1. Pecahkan halaju pelancaran kepada komponen: vx = v₀·cos θ dan vy = v₀·sin θ.
  2. Gerakan mengufuk mempunyai laju malar; gerakan menegak mempunyai pecutan −g.
  3. Cari masa penerbangan daripada gerakan menegak.
  4. Gunakan masa itu dalam gerakan mengufuk untuk mencari julat.

Gerakan membulat

Pecutan memusat
a = v²/r = ω²·r
Daya memusat
F = m·v²/r
Laju sudut
ω = v/r = 2π/T
Selekoh rata, geseran
vmax = √(μ·g·r)

Kerja & tenaga

Tenaga kinetik
Ek = ½mv²
Tenaga keupayaan
Ep = mgh
Imbangan tenaga
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Kerja geseran
W = μ·N·d
Kuasa
P = W/t

Momentum & perlanggaran

Momentum
p = m·v
Keabadian
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Tak kenyal sempurna
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Impuls
J = F·Δt = m·Δv

Kaedah

  1. Pilih arah positif dan berikan setiap halaju tandanya.
  2. Tulis jumlah momentum sebelum: Σm·v.
  3. Untuk perlanggaran tak kenyal sempurna jasad-jasad bergerak bersama selepasnya; untuk perlanggaran kenyal tenaga kinetik turut terabadi.
  4. Samakan momentum sebelum dengan momentum selepas dan selesaikan.

Putaran jasad tegar

Momen inersia pada G
rod mL²/12, cakera ½mR², gelang mR², sfera pepejal (2/5)mR², sfera berongga (2/3)mR²
Teorem paksi selari
I = IG + m·d²
Jejari legaran
I = m·k²
Rod pada hujungnya
I = mL²/3
Persamaan gerakan
ΣM = I·α
Laju dalam rad/s
ω = 2π·n/60
Tenaga kinetik
E = ½·I·ω²
Kerja dan kuasa
W = T·θ, P = T·ω
Golekan tanpa gelinciran
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Momentum sudut
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Hentaman pada pangsi
m·v·d = I·ω

Kaedah

  1. Pilih paksi: pangsi tetap, atau pusat jisim bagi jasad yang bergolek.
  2. Cari momen inersia pada paksi itu daripada keputusan piawai, dengan I = IG + m·d² untuk paksi yang beralih.
  3. Pilih kaedah: ΣM = I·α untuk pecutan dan daya, tenaga (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) untuk laju, momentum sudut untuk hentaman dan perubahan mengejut.
  4. Hubungkan gerakan linear dan sudut dengan v = ω·r dan a = α·r, dan tukar rpm kepada rad/s.

Gear & rangkaian gear

Gear bergigi bertaut
n1·N1 = n2·N2
Tork
T2 = T1·(N2/N1)·η
Kuasa
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Rangkaian gear gubahan
nisbah keseluruhan = hasil darab nisbah peringkat

Spring & bandul

Jisim pada spring
T = 2π·√(m/k)
Bandul
T = 2π·√(L/g)
Frekuensi sudut
ω = √(k/m) = 2π/T
Laju dan pecutan maksimum
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Tenaga
E = ½·k·A²

Getaran mekanikal

Frekuensi tabii
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
Daripada pesongan statik
ωn = √(g/δst)
Redaman genting
cc = 2√(km) = 2mωn
Nisbah redaman
ζ = c/cc
Frekuensi teredam
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Penyusutan logaritma
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Spring secara selari
k = k1 + k2
Spring secara bersiri
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Soalan latihan

1.KinematikSederhana
polisa = 3 m/s²kereta32 m/s

Sebuah kereta yang memandu laju pada 32 m/s yang malar melintasi sebuah kereta polis yang berhenti. Pada ketika itu kereta polis bergerak dan memecut secara seragam pada 3 m/s². Berapa lamakah masa yang diambil kereta polis untuk mengejar? Cari t.

vcar = 32 m/sapolice = 3 m/s²v0,police = 0
t = s
2.KinematikSukar
v₀ = 10 m/s5 m

Sebiji bola dibaling lurus ke atas pada 10 m/s dari tepi bumbung 5 m di atas tanah. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari ketinggian terbesar hmax di atas tanah.

v₀ = 10 m/sh₀ = 5 mg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.Hukum NewtonSederhana
20 kg35°F = 70 Nμ = 0.3

Sebuah kereta luncur 20 kg ditarik di atas salji rata oleh tali pada 35° di atas garis mengufuk dengan daya 70 N. Pekali geseran kinetik ialah 0.3. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari pecutan a kereta luncur itu.

m = 20 kgF = 70 Nθ = 35°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.Hukum NewtonSukar
m1​ = 9 kg6 kgμ = 0.25

Sebuah bongkah 9 kg di atas meja mengufuk disambung dengan tali ringan melalui takal tanpa geseran kepada jisim 6 kg yang tergantung. Pekali geseran kinetik antara bongkah dan meja ialah 0.25. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari tegangan T dalam tali.

m1 = 9 kgm2 = 6 kgμ = 0.25g = 9.81 m/s²
T = N
5.Gerakan peluruSederhana
v0​ = 24 m/s60°julatH = ?

Sebiji bola dilancarkan pada 60° di atas ufuk dari tanah rata. Abaikan rintangan udara. Cari ketinggian maksimum H yang dicapai bola.

v0 = 24 m/sθ = 60°g = 9.81 m/s²
H = m
6.Gerakan peluruSukar
h = 10 mv0​ = 25 m/s30°H = ?

Sebiji bola dilancarkan pada 25 m/s dan 30° di atas garis mengufuk dari puncak tebing setinggi 10 m. Abaikan rintangan udara dan gunakan g = 9.81 m/s². Cari ketinggian terbesar H di atas tanah di kaki tebing.

v₀ = 25 m/sθ = 30°h = 10 mg = 9.81 m/s²
H = m
7.Gerakan membulatSederhana
r = 20 mvmax​ = ?

Sebuah kereta mengambil selekoh rata berjejari 20 m. Pekali geseran statik antara tayar dan jalan ialah 0.8. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari laju tertinggi vmax yang boleh digunakan kereta untuk mengambil selekoh tanpa tergelincir.

r = 20 mμs = 0.8g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.Gerakan membulatSukar
r = 1.2 mv = 7 m/s

Sebiji bola 0.8 kg pada tali sepanjang 1.2 m dipusing dalam bulatan menegak. Pada titik terendah ia bergerak pada 7 m/s. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari tegangan T dalam tali pada titik terendah.

m = 0.8 kgr = 1.2 mv = 7 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.Kerja & tenagaSederhana
50 km/h

Sebuah kereta yang bergerak pada 50 km/h di jalan rata membrek dengan kuat dan tergelincir hingga berhenti dengan roda terkunci. Pekali geseran kinetik antara tayar dengan jalan ialah 0.7. Cari jarak berhenti d.

v = 50 km/hμ = 0.7g = 9.81 m/s²
d = m
10.Kerja & tenagaSukar
h = 4.5 mL = 1 mμ = 0.2k = 5000 N/m

Sebuah bongkah 1 kg dilepaskan dari keadaan rehat pada ketinggian 4.5 m di atas tanjakan licin. Di bawah, ia melintasi jalur mengufuk kasar sepanjang 1 m (μ = 0.2) dan kemudian meluncur ke atas spring (k = 5000 N/m) pada permukaan licin. Cari mampatan maksimum x spring.

m = 1 kgh = 4.5 mL = 1 mμ = 0.2k = 5000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.Momentum & perlanggaranSederhana
12 kg79 m/s2 kgv′2​ = ?

Sebutir peluru berjisim 14 kg yang bergerak secara mengufuk pada 35 m/s meletup menjadi dua serpihan yang bergerak di sepanjang garis yang sama. Serpihan 12 kg meneruskan perjalanan ke hadapan pada 79 m/s. Cari halaju v′2 serpihan 2 kg (positif dalam arah asal).

M = 14 kgu = 35 m/sm1 = 12 kgv′1 = 79 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Momentum & perlanggaranSukar
20 m/s20 m/s

Sebiji bola 0.4 kg mengenai dinding pada 20 m/s dan melantun lurus balik pada 20 m/s. Sentuhan berlangsung selama 5 ms. Cari magnitud impuls J yang diberikan dinding kepada bola.

m = 0.4 kgvin = 20 m/svout = 20 m/sΔt = 5 ms
J = N·s
13.Putaran jasad tegarSederhana
8.5 kgaαM = 8 kgR = 0.3 m

Satu blok 8.5 kg tergantung pada tali ringan yang dililit pada takal, iaitu cakera pepejal seragam berjisim 8 kg dan berjejari 0.3 m yang berputar pada gandar mengufuk tanpa geseran. Blok dilepaskan daripada rehat. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari tegangan T dalam tali.

m = 8.5 kgM = 8 kgR = 0.3 mg = 9.81 m/s²
T = N
14.Putaran jasad tegarSukar
520 m/s5 g1.09 mL = 1.1 m4 kg

Satu rod langsing seragam berjisim 4 kg dan panjang 1.1 m tergantung pegun daripada pangsi tanpa geseran pada hujung atasnya. Peluru 5 g yang bergerak mengufuk pada 520 m/s mengenai rod 1.09 m di bawah pangsi dan tertanam di dalamnya. Cari halaju sudut ω rod sejurus selepas hentaman.

M = 4 kgL = 1.1 mm = 5 gv = 520 m/sd = 1.09 m
ω = rad/s
15.Gear & rangkaian gearSederhana
d1​ = 150 mmd2​ = 315 mm960 rpmn2​ = ?

Takal 150 mm pada 960 rpm memacu takal 315 mm melalui tali sawat dengan gelinciran 4 %. Cari laju n2 takal yang dipacu.

n1 = 960 rpmd1 = 150 mmd2 = 315 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Gear & rangkaian gearSukar
A = 36B = 60C = 15D = 72

Dalam rangkaian gear gubahan, gear A (36 gigi) pada aci masukan yang berputar pada 960 rpm memacu gear B (60 gigi). Gear C (15 gigi) dipasang pada aci yang sama dengan B dan memacu gear D (72 gigi) pada aci keluaran. Cari laju keluaran nout.

nin = 960 rpmA = 36B = 60C = 15D = 72
nout = rpm
17.Spring & bandulSederhana
L = 2.7 m

Sebuah bandul ringkas mempunyai panjang 2.7 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari tempohnya T untuk ayunan kecil.

L = 2.7 mg = 9.81 m/s²
T = s
18.Spring & bandulSukar
1.5 kgk = 100 N/m250 m/s

Sebutir peluru 15 g yang bergerak pada 250 m/s menghentam dan kekal dalam bongkah 1.5 kg yang terletak pada permukaan tanpa geseran. Bongkah itu dipasang pada spring mengufuk dengan k = 100 N/m. Cari amplitud A ayunan yang terhasil dalam cm.

m = 15 gv = 250 m/sM = 1.5 kgk = 100 N/m
A = cm
19.Getaran mekanikalSederhana
tx10 mm4 kitaran2.8 mm

Dalam ujian getaran bebas sistem jisim–spring teredam, puncak sesaran 10 mm diikuti 4 kitaran kemudian oleh puncak 2.8 mm. Cari nisbah redaman ζ.

x0 = 10 mmx4 = 2.8 mmn = 4
ζ =
20.Getaran mekanikalSukar
k1​ = 10k2​ = 5m = 20 kg

Jisim 20 kg tergantung pada dua spring bersebelahan (selari), dengan kekakuan k₁ = 10 kN/m dan k₂ = 5 kN/m. Jisim kekal mendatar. Abaikan redaman dan jisim spring. Cari frekuensi tabii fn bagi getaran menegak dalam Hz.

m = 20 kgk1 = 10 kN/mk2 = 5 kN/m
fn = Hz

3Larutan

1.Kinematik

Jawapan: t = 21.33 s

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

Jarak yang sama

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·32/3 = 21.33 s

Jawapan

t = 21.33 s

Pada ketika itu kereta polis bergerak pada 2v = 64 m/s.

2.Kinematik

Jawapan: hmax = 10.1 m

Gerakan dengan pecutan malar: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² dan v² = v₀² + 2·a·s. Pilih persamaan yang mengandungi tiga perkara yang anda tahu dan satu yang anda mahu, dan pastikan tanda konsisten dengan satu arah positif.

Kenaikan di atas bumbung

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 10²/(2·9.81) = 5.097 m

Ketinggian di atas tanah

hmax = 5 + 5.097 = 10.1 m

Jawapan

hmax = 10.1 m
3.Hukum Newton

Jawapan: a = 0.5263 m/s²

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.

Daya normal

N = m·g − F·sin θ = 196.2 − 70·sin 35° = 156 N

Daya mengufuk

m·a = F·cos θ − μ·N = 57.34 − 46.81
a = 10.53/20 = 0.5263 m/s²

Jawapan

a = 0.5263 m/s²
4.Hukum Newton

Jawapan: T = 44.15 N

Hukum kedua Newton: daya bersih pada sesuatu jasad sama dengan jisimnya darab pecutannya, ΣF = m·a. Lukis gambar rajah jasad bebas, pilih arah positif sepanjang gerakan, dan tambah setiap daya dalam arah itu: daya yang dikenakan, geseran μ·N melawan gerakan, dan komponen graviti.

Pecutan sistem

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (58.86 − 22.07)/15 = 2.453 m/s²

Tegangan daripada bongkah di atas meja

T − μ·m1·g = m1·a
T = 9·2.453 + 22.07 = 44.15 N

Jawapan

T = 44.15 N
5.Gerakan peluru

Jawapan: H = 22.02 m

Gerakan peluru: tanpa rintangan udara, x = vxt dan y = h + vyt − ½gt². Kedua-dua arah adalah bebas kecuali kedua-duanya berkongsi masa yang sama.

Pecahkan halaju pelancaran

Halaju mengufuk kekal malar; gerakan menegak mempunyai pecutan malar g = 9.81 m/s² ke bawah.

vx = v0·cos θ = 24·cos 60° = 12 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 60° = 20.78 m/s

Titik tertinggi

Di puncak, halaju menegak ialah sifar: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 20.78²/(2·9.81) = 22.02 m

Jawapan

H = 22.02 m
6.Gerakan peluru

Jawapan: H = 17.96 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.

Laju lontaran menegak

vy = 25·sin 30° = 12.5 m/s

Kenaikan di atas tebing

Δh = vy²/(2g) = 12.5²/(2·9.81) = 7.964 m

Ketinggian di atas tanah

H = 10 + 7.964 = 17.96 m

Jawapan

H = 17.96 m
7.Gerakan membulat

Jawapan: vmax = 12.53 m/s

Gerakan membulat seragam: objek yang bergerak pada laju v pada bulatan berjejari r memecut ke arah pusat dengan a = v²/r, jadi ia memerlukan daya bersih ke dalam F = m·v²/r. Daya itu dibekalkan oleh sesuatu yang nyata: geseran, tegangan, graviti atau daya normal.

Geseran membekalkan daya memusat

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0.8·9.81·20) = 12.53 m/s

Jawapan

vmax = 12.53 m/s (45.1 km/h)
8.Gerakan membulat

Jawapan: T = 40.51 N

Gerakan membulat seragam: objek yang bergerak pada laju v pada bulatan berjejari r memecut ke arah pusat dengan a = v²/r, jadi ia memerlukan daya bersih ke dalam F = m·v²/r. Daya itu dibekalkan oleh sesuatu yang nyata: geseran, tegangan, graviti atau daya normal.

Daya pada titik terendah

Ke arah pusat (ke atas) adalah positif.

T − m·g = m·v²/r
T = 0.8·9.81 + 0.8·7²/1.2 = 7.848 + 32.67 = 40.51 N

Jawapan

T = 40.51 N
9.Kerja & tenaga

Jawapan: d = 14.05 m

Prinsip kerja–tenaga: perubahan tenaga kinetik sama dengan kerja yang dilakukan oleh semua daya. Menulis graviti dan spring sebagai tenaga keupayaan (mgh dan ½kx²) menjadikan ini satu imbangan: tenaga awal = tenaga akhir + tenaga yang hilang akibat geseran (μN·d).

Laju dalam unit asas

v = 50/3.6 = 13.89 m/s

Imbangan tenaga

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 13.89²/(2·0.7·9.81) = 14.05 m

Jawapan

d = 14.05 m

Menggandakan laju menjadikan jarak berhenti empat kali lebih panjang.

10.Kerja & tenaga

Jawapan: x = 12.99 cm

Prinsip kerja–tenaga: perubahan tenaga kinetik sama dengan kerja yang dilakukan oleh semua daya. Menulis graviti dan spring sebagai tenaga keupayaan (mgh dan ½kx²) menjadikan ini satu imbangan: tenaga awal = tenaga akhir + tenaga yang hilang akibat geseran (μN·d).

Tenaga yang tinggal selepas jalur kasar

Tanjakan itu licin, jadi hanya jalur itu yang menyingkirkan tenaga.

mgh − μmgL = 9.81·(4.5 − 0.2·1) = 42.18 J

Mampatan maksimum

½kx² = 42.18 → x = √(2·42.18/5000) = 0.1299 m = 12.99 cm

Jawapan

x = 12.99 cm
11.Momentum & perlanggaran

Jawapan: v′2 = −229 m/s

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Momentum sebelum

p = M·u = 14·35 = 490 kg·m/s

Momentum selepas

490 = 12·79 + 2·v′2
v′2 = (490 − 948)/2 = −229 m/s

Jawapan

v′2 = −229 m/s

Tanda tolak bermaksud serpihan kedua terbang ke belakang.

12.Momentum & perlanggaran

Jawapan: J = 16 N·s

Keabadian momentum: apabila tiada daya luar bertindak semasa perlanggaran, jumlah momentum Σm·v sebelum sama dengan jumlah selepas. Halaju mempunyai arah, jadi pilih arah positif dan berikan halaju ke arah sebaliknya tanda tolak. Dalam perlanggaran kenyal tenaga kinetik turut terabadi; dalam perlanggaran tak kenyal sempurna jasad-jasad itu melekat bersama.

Perubahan momentum

J = m·Δv = 0.4·(20 + 20) = 16 N·s

Jawapan

J = 16 N·s
13.Putaran jasad tegar

Jawapan: T = 26.68 N

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.

Blok dan takal

bongkah: m·g − T = m·a
takal: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Pecutan

a = m·g/(m + M/2) = 8.5·9.81/(8.5 + 4) = 6.671 m/s²

Tegangan

T = m·(g − a) = 8.5·(9.81 − 6.671) = 26.68 N

Jawapan

T = 26.68 N
14.Putaran jasad tegar

Jawapan: ω = 1.75 rad/s

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.

Momen inersia selepas hentaman

I = M·L²/3 + m·d² = 4·1.1²/3 + 0.005·1.09² = 1.619 kg·m²

Momentum sudut pada pangsi

Daya pangsi melalui pangsi, maka ia tiada momen di situ semasa hentaman.

m·v·d = I·ω → ω = 0.005·520·1.09/1.619 = 1.75 rad/s

Jawapan

ω = 1.75 rad/s
15.Gear & rangkaian gear

Jawapan: n2 = 438.9 rpm

Pemacu tali sawat: tanpa gelinciran, kedua-dua takal mempunyai laju bibir yang sama v = π·d·n/60, jadi n₁·d₁ = n₂·d₂ dan nisbah laju ialah d₂/d₁. Gelinciran s menjadikan takal yang dipacu sedikit lebih perlahan: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Kuasa yang dipindahkan ialah P = (T₁ − T₂)·v, dengan T₁ tegangan pada sisi kencang dan T₂ pada sisi kendur. Geseran mengehadkan nisbah tegangan: T₁/T₂ = eμθ, dengan θ sudut lilitan dalam radian pada takal yang lebih kecil; bagi tali sawat terbuka θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) dengan jarak pusat C.

Laju tanpa gelinciran

960·150/315 = 457.1 rpm

Dengan gelinciran

n2 = 457.1·0.96 = 438.9 rpm

Jawapan

n2 = 438.9 rpm
16.Gear & rangkaian gear

Jawapan: nout = 120 rpm

Rangkaian gear: gear yang bertaut mempunyai laju yang sama pada gigi, jadi n₁·N₁ = n₂·N₂: gear dengan gigi lebih sedikit berputar lebih laju. Gear pada satu aci berputar pada laju yang sama. Kuasa disalurkan (tolak kehilangan), jadi tork meningkat apabila laju menurun: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, dan P = T·ω dengan ω = 2π·n/60.

Peringkat pertama

nB = 960·36/60 = 576 rpm = nC

Peringkat kedua

nout = 576·15/72 = 120 rpm

Jawapan

nout = 120 rpm

nisbah keseluruhan = 8 : 1

17.Spring & bandul

Jawapan: T = 3.296 s

Gerakan harmonik ringkas: jisim m pada spring berkekakuan k berayun dengan frekuensi sudut ω = √(k/m) dan tempoh T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Bandul ringkas sepanjang L mempunyai T = 2π·√(L/g). Dengan amplitud A, laju terbesar ialah A·ω, pecutan terbesar A·ω² dan tenaga ½·k·A².

Tempoh bandul

T = 2π·√(2.7/9.81) = 3.296 s

Jawapan

T = 3.296 s
18.Spring & bandul

Jawapan: A = 30.47 cm

Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².

Laju selepas hentaman

V = m·v/(m + M) = 0.015·250/1.515 = 2.475 m/s

Frekuensi sudut

ω = √(k/(m + M)) = √(100/1.515) = 8.124 rad/s

Amplitud

A = V/ω = 2.475/8.124 = 0.3047 m = 30.47 cm

Jawapan

A = 30.47 cm
19.Getaran mekanikal

Jawapan: ζ = 0.05058

Getaran bebas sistem jisim–spring: frekuensi tabii tanpa redaman ialah ωn = √(k/m) dalam rad/s, dan fn = ωn/(2π) dalam Hz. Peredam likat c memberikan nisbah redaman ζ = c/cc, dengan redaman genting cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Sistem kurang teredam (ζ < 1) berayun pada ωd = ωn·√(1 − ζ²). Spring secara selari ditambah, k = k₁ + k₂; spring secara bersiri ditambah sebagai salingan, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Penyusutan logaritma

δ = (1/4)·ln(10/2.8) = 0.3182

Nisbah redaman

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0.3182/√(39.48 + 0.1013) = 0.05058

Jawapan

ζ = 0.05058
20.Getaran mekanikal

Jawapan: fn = 4.359 Hz

Getaran bebas sistem jisim–spring: frekuensi tabii tanpa redaman ialah ωn = √(k/m) dalam rad/s, dan fn = ωn/(2π) dalam Hz. Peredam likat c memberikan nisbah redaman ζ = c/cc, dengan redaman genting cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Sistem kurang teredam (ζ < 1) berayun pada ωd = ωn·√(1 − ζ²). Spring secara selari ditambah, k = k₁ + k₂; spring secara bersiri ditambah sebagai salingan, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Kekakuan setara

Spring bersebelahan berkongsi pesongan dan menambah dayanya, jadi kekakuannya hanya ditambah: k = k1 + k2.

keq = 10 + 5 = 15 kN/m

Frekuensi tabii

ωn = √(15000/20) = 27.39 rad/s
fn = 27.39/(2π) = 4.359 Hz

Jawapan

fn = 4.359 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics