Динамика: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (20) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Кинематика

Скорость
v = v0 + a·t
Перемещение
s = v0·t + ½·a·t²
Без времени
v² = v0² + 2·a·s
Единицы
1 m/s = 3,6 km/h

Метод

  1. Выпишите известное: v₀, v, a, t и s с единицами.
  2. Выберите уравнение, содержащее три известных величины и неизвестную.
  3. Выберите одно положительное направление и припишите противоположно направленным величинам знак минус.
  4. Решите и проверьте, что ответ физически разумен.

Законы Ньютона

Второй закон
ΣF = m·a
Вес
W = m·g
Трение скольжения
Ff = μ·N
На наклонной плоскости
вдоль: m·g·sin θ, по нормали: m·g·cos θ

Метод

  1. Нарисуйте расчётную схему со всеми силами, действующими на тело.
  2. Выберите положительное направление вдоль движения.
  3. Разложите силы на составляющие вдоль движения и перпендикулярно ему (на наклонной плоскости: m·g·sin θ вдоль, m·g·cos θ перпендикулярно плоскости).
  4. Примените ΣF = m·a вдоль движения; трение равно μ·N и направлено против движения.

Движение тела, брошенного под углом

Составляющие
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Положение
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Максимальная высота
H = h + vy²/(2g)
Дальность (ровная поверхность)
R = v0²·sin 2θ/g

Метод

  1. Разложите начальную скорость на составляющие: vx = v₀·cos θ и vy = v₀·sin θ.
  2. По горизонтали скорость постоянна; по вертикали ускорение равно −g.
  3. Найдите время полёта из вертикального движения.
  4. Подставьте это время в горизонтальное движение, чтобы найти дальность.

Движение по окружности

Центростремительное ускорение
a = v²/r = ω²·r
Центростремительная сила
F = m·v²/r
Угловая скорость
ω = v/r = 2π/T
Горизонтальный поворот, трение
vmax = √(μ·g·r)

Работа и энергия

Кинетическая энергия
Ek = ½mv²
Потенциальная энергия
Ep = mgh
Энергетический баланс
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Работа силы трения
W = μ·N·d
Мощность
P = W/t

Импульс и столкновения

Импульс
p = m·v
Сохранение
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Абсолютно неупругий удар
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Импульс силы
J = F·Δt = m·Δv

Метод

  1. Выберите положительное направление и припишите каждой скорости её знак.
  2. Запишите полный импульс до удара: Σm·v.
  3. При абсолютно неупругом ударе тела после него движутся вместе; при упругом сохраняется ещё и кинетическая энергия.
  4. Приравняйте импульс до удара импульсу после и решите.

Вращение твёрдого тела

Моменты инерции относительно G
стержень mL²/12, диск ½mR², кольцо mR², сплошной шар (2/5)mR², полый шар (2/3)mR²
Теорема о параллельном переносе осей
I = IG + m·d²
Радиус инерции
I = m·k²
Стержень относительно конца
I = mL²/3
Уравнение движения
ΣM = I·α
Скорость в rad/s
ω = 2π·n/60
Кинетическая энергия
E = ½·I·ω²
Работа и мощность
W = T·θ, P = T·ω
Качение без проскальзывания
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Момент импульса
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Удар по шарнирному телу
m·v·d = I·ω

Метод

  1. Выберите ось: неподвижный шарнир или центр масс для катящихся тел.
  2. Найдите момент инерции относительно этой оси по стандартным результатам, используя I = IG + m·d² для смещённой оси.
  3. Выберите метод: ΣM = I·α для ускорений и сил, энергия (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) для скоростей, момент импульса для ударов и внезапных изменений.
  4. Свяжите линейное и угловое движение формулами v = ω·r и a = α·r и переведите rpm в rad/s.

Зубчатые колёса и передачи

Зацепление колёс
n1·N1 = n2·N2
Крутящий момент
T2 = T1·(N2/N1)·η
Мощность
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Многоступенчатая передача
общее передаточное отношение = произведение передаточных отношений ступеней

Пружины и маятники

Груз на пружине
T = 2π·√(m/k)
Маятник
T = 2π·√(L/g)
Угловая частота
ω = √(k/m) = 2π/T
Наибольшие скорость и ускорение
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Энергия
E = ½·k·A²

Механические колебания

Собственная частота
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
По статическому прогибу
ωn = √(g/δst)
Критическое демпфирование
cc = 2√(km) = 2mωn
Коэффициент демпфирования
ζ = c/cc
Частота затухающих колебаний
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Логарифмический декремент
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Параллельные пружины
k = k1 + k2
Последовательные пружины
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Тренировочные задачи

1.КинематикаСредняя
a = 1,5 m/s²s = 1300 m

Самолёт трогается с места и равноускоренно разгоняется с ускорением 1,5 m/s² по взлётной полосе. Найдите его скорость v через 1300 m.

v₀ = 0a = 1,5 m/s²s = 1300 m
v = m/s
2.КинематикаСложная
AB: 17 m/s45 m

Мяч A без начальной скорости падает с высоты 45 m. В тот же момент мяч B бросают вертикально вверх с земли прямо под ним со скоростью 17 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Когда мячи встретятся? Найдите t.

H = 45 mv0B = 17 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 40°a = ?m = 14 kg

Брусок массой 14 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 40° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 14 kgθ = 40°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 4 kg3 kgбез трения

Брусок массой 4 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 3 kg. Трения о стол нет. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 4 kgm2 = 3 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 36 m/sθ = ?R = 70 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 36 m/s, и он должен упасть на расстоянии 70 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.

v₀ = 36 m/sR = 70 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
3 mv0​ = 17 m/s35°x = ?

Мяч бросают с уровня земли со скоростью 17 m/s под углом 35° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 3 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.

v₀ = 17 m/sθ = 35°hroof = 3 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
r = 1,9 mω = ?

В аттракционе «ротор» посетители стоят у стенки вертикального цилиндра радиусом 1,9 m. Когда он вращается достаточно быстро, пол опускается, и их удерживает трение. Коэффициент трения покоя равен 0,8. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наименьшую угловую скорость ω в rad/s.

r = 1,9 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Движение по окружностиСложная
r = 1,2 mv = 5 m/s

Шарик массой 0,5 kg на нити длиной 1,2 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.

m = 0,5 kgr = 1,2 mv = 5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
40 km/h

Автомобиль, движущийся со скоростью 40 km/h по горизонтальной дороге, резко тормозит и с заблокированными колёсами скользит до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,5. Найдите тормозной путь d.

v = 40 km/hμ = 0,5g = 9,81 m/s²
d = m
10.Работа и энергияСложная
k = 3000 N/m15°μ = 0,20,5 kg

Пружину жёсткостью 3000 N/m у основания наклонной плоскости 15° сжимают на 20 cm бруском массой 0,5 kg и отпускают. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,2. Какое расстояние d пройдёт брусок вверх по плоскости от точки отпускания до остановки? (Пренебрегите коротким участком, на котором толкает пружина, т. е. учитывайте трение и силу тяжести на всём расстоянии d.)

m = 0,5 kgk = 3000 N/mx = 20 cmθ = 15°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
11.Импульс и столкновенияСредняя
1,5 kg8 m/s5 kg

Тележка массой 1,5 kg, движущаяся со скоростью 8 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.

m1 = 1,5 kgm2 = 5 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
1800 kgv1​ = ?1400 kg

Автомобиль массой 1800 kg врезается в припаркованный автомобиль массой 1400 kg. Сцепившиеся автомобили скользят 22 m до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,7. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v1 первого автомобиля непосредственно перед столкновением.

m1 = 1800 kgm2 = 1400 kgd = 22 mμ = 0,7g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
ω = ?L = 1,6 mm = 5 kg

Однородный тонкий стержень массой 5 kg и длиной 1,6 m закреплён шарниром на одном конце и отпущен без начальной скорости из горизонтального положения. Пренебрегите трением и примите g = 9,81 m/s². Найдите угловую скорость ω стержня при прохождении вертикального положения.

m = 5 kgL = 1,6 mg = 9,81 m/s²
ω = rad/s
14.Вращение твёрдого телаСложная
θ = 15°vs = 8 m

сплошной шар начинает движение из состояния покоя и катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 15° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Его радиус равен 0,2 m. Найдите его угловую скорость ω после того, как он прокатился 8 m вдоль склона.

θ = 15°s = 8 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,2 m
ω = rad/s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
d1​ = 80 mmd2​ = 300 mm720 rpmT1​ = 400 NT2​ = 100 NP = ?

Ремень идёт по ведущему шкиву 80 mm с частотой 720 rpm. Натяжение равно 400 N на ведущей ветви и 100 N на ведомой. Найдите передаваемую мощность P в kW.

d1 = 80 mmn1 = 720 rpmT1 = 400 NT2 = 100 N
P = kW
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
d1​ = 120 mmd2​ = 450 mm2880 rpmC = 600 mmθ = ?

Открытый ремень соединяет шкив 120 mm и шкив 450 mm, центры которых находятся на расстоянии 600 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.

d1 = 120 mmd2 = 450 mmC = 600 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
L = ?

Какой длины должен быть математический маятник, чтобы его период был 2,9 s? Примите g = 9,81 m/s². Найдите L.

T = 2,9 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружины и маятникиСложная
3,1 kgk = 370 N/mA = 2 cm

Груз массой 3,1 kg на пружине с k = 370 N/m оттягивают на 2 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите полную энергию E колебаний.

m = 3,1 kgk = 370 N/mA = 2 cm
E = J
19.Механические колебанияСредняя
tx40 mmЦиклов: 231,1 mm

При испытании системы «масса–пружина» с демпфированием на свободные колебания за пиком смещения 40 mm через 2 циклов следует пик 31,1 mm. Найдите коэффициент демпфирования ζ.

x0 = 40 mmx2 = 31,1 mmn = 2
ζ =
20.Механические колебанияСложная
k1​ = 60k2​ = 20m = 50 kg

Груз массой 50 kg висит на двух пружинах, расположенных рядом (параллельно), с жёсткостями k₁ = 60 kN/m и k₂ = 20 kN/m. Груз остаётся горизонтальным. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.

m = 50 kgk1 = 60 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: v = 62,45 m/s

Движение с постоянным ускорением: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² и v² = v₀² + 2·a·s. Выберите уравнение, в которое входят три известные величины и искомая, и следите за знаками относительно одного положительного направления.

Скорость после пройденного пути

v = √(2·a·s) = √(2·1,5·1300) = 62,45 m/s

Ответ

v = 62,45 m/s
(224,8 km/h)
2.Кинематика

Ответ: t = 2,647 s

Движение с постоянным ускорением: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² и v² = v₀² + 2·a·s. Выберите уравнение, в которое входят три известные величины и искомая, и следите за знаками относительно одного положительного направления.

Время встречи

Направление вверх положительно, земля — y = 0.

45 − ½g·t² = 17·t − ½g·t² → t = 45/17 = 2,647 s

Ответ

t = 2,647 s
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 4,051 m/s²

Второй закон Ньютона: равнодействующая сил, действующих на тело, равна произведению его массы на ускорение, ΣF = m·a. Нарисуйте расчётную схему, выберите положительное направление вдоль движения и сложите все силы в этом направлении: приложенные силы, трение μ·N против движения и составляющие силы тяжести.

Силы вдоль плоскости

Вниз по плоскости — положительное направление.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Ускорение

a = 9,81·(sin 40° − 0,3·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0,2298) = 4,051 m/s²

Ответ

a = 4,051 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 16,82 N

Второй закон Ньютона: равнодействующая сил, действующих на тело, равна произведению его массы на ускорение, ΣF = m·a. Нарисуйте расчётную схему, выберите положительное направление вдоль движения и сложите все силы в этом направлении: приложенные силы, трение μ·N против движения и составляющие силы тяжести.

Ускорение системы

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (29,43 − 0)/7 = 4,204 m/s²

Натяжение из уравнения для бруска на столе

T − μ·m1·g = m1·a
T = 4·4,204 + 0 = 16,82 N

Ответ

T = 16,82 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: θ = 16 °

Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.

Формула дальности

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·70/36² = 0,5299

Угол

2θ = 32° → θ = 16°

Ответ

θ = 16°

Второе решение: 90° − θ = 74°.

6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 22,38 m

Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.

Разложите начальную скорость

vx = 13,93 m/s, vy = 9,751 m/s

Время до падения на крышу

Больший корень: мяч опускается.

3 = 9,751·t − 4,905·t²
t = (9,751 + √(9,751² − 2·9,81·3))/9,81 = 1,607 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 13,93·1,607 = 22,38 m

Ответ

x = 22,38 m
7.Движение по окружности

Ответ: ω = 2,54 rad/s

Равномерное движение по окружности: тело, движущееся со скоростью v по окружности радиуса r, имеет ускорение a = v²/r, направленное к центру, поэтому на него должна действовать направленная к центру равнодействующая сила F = m·v²/r. Эту силу создаёт что-то реальное: трение, натяжение, сила тяжести или сила нормальной реакции.

Силы, действующие на посетителя

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

Угловая скорость

ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,8·1,9)) = 2,54 rad/s

Ответ

ω = 2,54 rad/s
8.Движение по окружности

Ответ: T = 15,32 N

Равномерное движение по окружности: тело, движущееся со скоростью v по окружности радиуса r, имеет ускорение a = v²/r, направленное к центру, поэтому на него должна действовать направленная к центру равнодействующая сила F = m·v²/r. Эту силу создаёт что-то реальное: трение, натяжение, сила тяжести или сила нормальной реакции.

Силы в нижней точке

К центру (вверх) — положительное направление.

T − m·g = m·v²/r
T = 0,5·9,81 + 0,5·5²/1,2 = 4,905 + 10,42 = 15,32 N

Ответ

T = 15,32 N
9.Работа и энергия

Ответ: d = 12,58 m

Теорема об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе всех сил. Если записать тяжесть и пружины как потенциальную энергию (mgh и ½kx²), получается баланс: начальная энергия = конечная энергия + энергия, потерянная на трение (μN·d).

Скорость в основных единицах

v = 40/3,6 = 11,11 m/s

Энергетический баланс

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 11,11²/(2·0,5·9,81) = 12,58 m

Ответ

d = 12,58 m

При удвоении скорости тормозной путь увеличивается в четыре раза.

10.Работа и энергия

Ответ: d = 27,06 m

Теорема об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе всех сил. Если записать тяжесть и пружины как потенциальную энергию (mgh и ½kx²), получается баланс: начальная энергия = конечная энергия + энергия, потерянная на трение (μN·d).

Энергия пружины

x = 20 cm = 0,2 m
½kx² = ½·3000·0,2² = 60 J

Энергетический баланс вдоль плоскости

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 60/(4,905·(0,2588 + 0,2·0,9659)) = 27,06 m

Ответ

d = 27,06 m
11.Импульс и столкновения

Ответ: v′2 = 3,692 m/s

Закон сохранения импульса: если во время столкновения внешние силы не действуют, суммарный импульс Σm·v до столкновения равен суммарному импульсу после. Скорость имеет направление, поэтому выберите положительное направление и скорости, направленные в противоположную сторону, берите со знаком минус. При упругом столкновении сохраняется и кинетическая энергия; при абсолютно неупругом тела слипаются.

Упругий удар о покоящееся тело

Совместное решение уравнений сохранения импульса и энергии даёт эти два результата.

v′1 = (1,5 − 5)/(1,5 + 5)·8 = −4,308 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 5)·8 = 3,692 m/s

Ответ

v′2 = 3,692 m/s
12.Импульс и столкновения

Ответ: v1 = 30,9 m/s

Закон сохранения импульса: если во время столкновения внешние силы не действуют, суммарный импульс Σm·v до столкновения равен суммарному импульсу после. Скорость имеет направление, поэтому выберите положительное направление и скорости, направленные в противоположную сторону, берите со знаком минус. При упругом столкновении сохраняется и кинетическая энергия; при абсолютно неупругом тела слипаются.

Скорость после столкновения

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,7·9,81·22) = 17,38 m/s

Импульс при столкновении

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 3200·17,38/1800 = 30,9 m/s

Ответ

v1 = 30,9 m/s
(111,2 km/h)
13.Вращение твёрдого тела

Ответ: ω = 4,289 rad/s

Вращение вокруг неподвижной оси: сумма моментов относительно оси равна I·α (ΣM = I·α), так же как ΣF = m·a при поступательном движении. В энергетической форме момент T, поворачивающий тело на угол θ (в радианах), совершает работу T·θ, которая изменяет кинетическую энергию ½·I·ω²; сила тяжести добавляет или отнимает m·g·Δh центра масс. Мощность равна P = T·ω.

Убыль потенциальной энергии

m·g·L/2 = 5·9,81·0,8 = 39,24 J

Момент инерции относительно шарнира

IO = m·L²/3 = 5·1,6²/3 = 4,267 kg·m²

Энергетический баланс

½·IO·ω² = 39,24 → ω = √(2·39,24/4,267) = 4,289 rad/s

Ответ

ω = 4,289 rad/s
14.Вращение твёрдого тела

Ответ: ω = 26,93 rad/s

Качение и момент импульса: тело, катящееся без проскальзывания, имеет v = ω·r, поэтому его кинетическая энергия равна ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). При движении по наклонной плоскости это даёт a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). Когда относительно оси не действует внешний момент, момент импульса относительно этой оси сохраняется, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, даже если кинетическая энергия теряется.

Высота спуска

h = s·sin θ = 8·sin 15° = 2,071 m

Энергетический баланс при качении

Качение без проскальзывания: ω = v/r, а трение не совершает работы в точке контакта.

m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,4)
v = √(2·9,81·2,071/1,4) = 5,387 m/s
ω = v/r = 5,387/0,2 = 26,93 rad/s

Ответ

ω = 26,93 rad/s
15.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: P = 0,9048 kW

Ременные передачи: без проскальзывания обод обоих шкивов имеет одну и ту же скорость v = π·d·n/60, поэтому n₁·d₁ = n₂·d₂, а передаточное отношение равно d₂/d₁. Проскальзывание s делает ведомый шкив немного медленнее: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Передаваемая мощность равна P = (T₁ − T₂)·v, где T₁ — натяжение ведущей ветви, а T₂ — ведомой. Трение ограничивает отношение натяжений: T₁/T₂ = eμθ, где θ — угол обхвата в радианах на меньшем шкиве; для открытой передачи θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) при межосевом расстоянии C.

Скорость ремня

v = 3,016 m/s

Мощность

P = (400 − 100)·3,016 = 904,8 W = 0,9048 kW

Ответ

P = 0,9048 kW
16.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: θ = 148,1 °

Ременные передачи: без проскальзывания обод обоих шкивов имеет одну и ту же скорость v = π·d·n/60, поэтому n₁·d₁ = n₂·d₂, а передаточное отношение равно d₂/d₁. Проскальзывание s делает ведомый шкив немного медленнее: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). Передаваемая мощность равна P = (T₁ − T₂)·v, где T₁ — натяжение ведущей ветви, а T₂ — ведомой. Трение ограничивает отношение натяжений: T₁/T₂ = eμθ, где θ — угол обхвата в радианах на меньшем шкиве; для открытой передачи θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) при межосевом расстоянии C.

Угол ремня

asin(0,275) = 15,96°

Угол обхвата

θ = 180 − 2·15,96 = 148,1°

Ответ

θ = 148,1°
17.Пружины и маятники

Ответ: L = 2,09 m

Гармонические колебания: груз массой m на пружине жёсткостью k колеблется с угловой частотой ω = √(k/m) и периодом T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Математический маятник длиной L имеет период T = 2π·√(L/g). При амплитуде A наибольшая скорость равна A·ω, наибольшее ускорение — A·ω², а энергия — ½·k·A².

Выразите длину

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,9/2π)² = 2,09 m

Ответ

L = 2,09 m
18.Пружины и маятники

Ответ: E = 0,074 J

Гармонические колебания: груз массой m на пружине жёсткостью k колеблется с угловой частотой ω = √(k/m) и периодом T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Математический маятник длиной L имеет период T = 2π·√(L/g). При амплитуде A наибольшая скорость равна A·ω, наибольшее ускорение — A·ω², а энергия — ½·k·A².

Угловая частота

ω = √(370/3,1) = 10,92 rad/s

Энергия

E = ½·k·A² = ½·370·0,02² = 0,074 J

Ответ

E = 0,074 J
19.Механические колебания

Ответ: ζ = 0,02002

Свободные колебания системы «масса–пружина»: собственная частота без демпфирования ωn = √(k/m) в rad/s и fn = ωn/(2π) в Hz. Вязкий демпфер c даёт коэффициент демпфирования ζ = c/cc, где критическое демпфирование cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Система со слабым демпфированием (ζ < 1) колеблется с частотой ωd = ωn·√(1 − ζ²). Жёсткости параллельных пружин складываются, k = k₁ + k₂; у последовательных складываются обратные величины, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Логарифмический декремент

δ = (1/2)·ln(40/31,1) = 0,1258

Коэффициент демпфирования

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,1258/√(39,48 + 0,01583) = 0,02002

Ответ

ζ = 0,02002
20.Механические колебания

Ответ: fn = 6,366 Hz

Свободные колебания системы «масса–пружина»: собственная частота без демпфирования ωn = √(k/m) в rad/s и fn = ωn/(2π) в Hz. Вязкий демпфер c даёт коэффициент демпфирования ζ = c/cc, где критическое демпфирование cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Система со слабым демпфированием (ζ < 1) колеблется с частотой ωd = ωn·√(1 − ζ²). Жёсткости параллельных пружин складываются, k = k₁ + k₂; у последовательных складываются обратные величины, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Эквивалентная жёсткость

Расположенные рядом пружины имеют одинаковую деформацию, а их силы складываются, поэтому жёсткости просто складываются: k = k1 + k2.

keq = 60 + 20 = 80 kN/m

Собственная частота

ωn = √(80000/50) = 40 rad/s
fn = 40/(2π) = 6,366 Hz

Ответ

fn = 6,366 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics