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
Выпишите известное: v₀, v, a, t и s с единицами.
Выберите уравнение, содержащее три известных величины и неизвестную.
Выберите одно положительное направление и припишите противоположно направленным величинам знак минус.
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
Нарисуйте расчётную схему со всеми силами, действующими на тело.
Выберите положительное направление вдоль движения.
Разложите силы на составляющие вдоль движения и перпендикулярно ему (на наклонной плоскости: m·g·sin θ вдоль, m·g·cos θ перпендикулярно плоскости).
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
Разложите начальную скорость на составляющие: vx = v₀·cos θ и vy = v₀·sin θ.
По горизонтали скорость постоянна; по вертикали ускорение равно −g.
Найдите время полёта из вертикального движения.
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
Выберите положительное направление и припишите каждой скорости её знак.
Запишите полный импульс до удара: Σm·v.
При абсолютно неупругом ударе тела после него движутся вместе; при упругом сохраняется ещё и кинетическая энергия.
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
Выберите ось: неподвижный шарнир или центр масс для катящихся тел.
Найдите момент инерции относительно этой оси по стандартным результатам, используя I = IG + m·d² для смещённой оси.
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.
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
Водитель, едущий со скоростью 45 km/h, видит препятствие. Время её реакции 0,9 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 8 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.
v₀ = 45 km/htr = 0,9 sa = −8 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 20 m/s с края крыши на высоте 15 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.
v₀ = 20 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
Ящик скользит по горизонтальному полу с начальной скоростью 8 m/s и останавливается через 22 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите коэффициент трения скольжения μ.
v₀ = 8 m/sd = 22 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 2,5 kg на наклонной плоскости под углом 25° связан лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения на вершине плоскости, с висящим грузом массой 7 kg. Висящий груз движется вниз. Наклонная плоскость гладкая (без трения). Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.
m1 = 2,5 kgm2 = 7 kgθ = 25°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают под углом 70° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.
v0 = 28 m/sθ = 70°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают со скоростью 27 m/s под углом 30° к горизонту с вершины обрыва высотой 20 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту H над землёй у подножия обрыва.
v₀ = 27 m/sθ = 30°h = 20 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Движение по окружностиСредняя
Дорожный инженер хочет, чтобы автомобили проходили поворот радиусом 230 m со скоростью 100 km/h, не полагаясь на трение. Примите g = 9,81 m/s². Найдите угол виража θ.
r = 230 mv = 100 km/hg = 9,81 m/s²
θ = °
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 1,8 kg на нити длиной 0,9 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 4,5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.
m = 1,8 kgr = 0,9 mv = 4,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 25° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,35. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 6 m вдоль плоскости.
θ = 25°μ = 0,35d = 6 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 15 kg начинает движение из состояния покоя у основания наклонной плоскости 35° и тянется вверх по ней постоянной силой 195 N, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,1. Найдите скорость v бруска после того, как он переместится на 8 m вверх по плоскости.
Тележка массой 1,5 kg, движущаяся со скоростью 6 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 4,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.
m1 = 1,5 kgm2 = 4,5 kgv1 = 6 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Пуля массой 20 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 3 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 1,9 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 40° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.
m = 20 gM = 3 kgL = 1,9 mθ = 40°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Однородный тонкий стержень массой 10,5 kg и длиной 1,7 m закреплён шарниром на одном конце и удерживается горизонтально. Его отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите вертикальную силу R, с которой шарнир действует на стержень сразу после освобождения.
m = 10,5 kgL = 1,7 mg = 9,81 m/s²
R = N
14.Вращение твёрдого телаСложная
Однородный тонкий стержень массой 6 kg и длиной 1,5 m неподвижно висит на шарнире без трения в своём верхнем конце. Пуля массой 45 g, летящая горизонтально со скоростью 140 m/s, попадает в стержень на 1,2 m ниже шарнира и застревает в нём. Найдите угловую скорость ω стержня сразу после удара.
M = 6 kgL = 1,5 mm = 45 gv = 140 m/sd = 1,2 m
ω = rad/s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Шкив 200 mm с частотой 1440 rpm приводит ремнём шкив 250 mm при проскальзывании 4 %. Найдите частоту вращения n2 ведомого шкива.
n1 = 1440 rpmd1 = 200 mmd2 = 250 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет ведущий шкив 160 mm с частотой 1500 rpm со шкивом 450 mm; расстояние между центрами 500 mm. Коэффициент трения равен 0,3, а натяжение ведущей ветви не должно превышать 500 N. Найдите наибольшую мощность P, которую ремень может передать без проскальзывания, в kW (центробежными эффектами пренебрегите).
Какой длины должен быть математический маятник, чтобы его период был 0,8 s? Примите g = 9,81 m/s². Найдите L.
T = 0,8 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружины и маятникиСложная
Груз на пружине с k = 490 N/m колеблется на поверхности без трения с амплитудой 12 cm. Найдите энергию U, запасённую в пружине, когда груз находится на расстоянии 8 cm от положения равновесия.
k = 490 N/mA = 12 cmx = 8 cm
U = J
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 20 kg на пружине жёсткостью 80 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,6. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 20 kgk = 80 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 20 kg висит на двух пружинах, соединённых друг за другом (последовательно): у верхней k₁ = 20 kN/m, у нижней k₂ = 12 kN/m. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 20 kgk1 = 20 kN/mk2 = 12 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: d = 21,02 m
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.
Единицы
v₀ = 45/3,6 = 12,5 m/s
Путь за время реакции
d1 = v₀·tr = 12,5·0,9 = 11,25 m
Тормозной путь
d2 = v₀²/(2a) = 12,5²/(2·8) = 9,766 m
Итого
d = 11,25 + 9,766 = 21,02 m
Ответ
d = 21,02 m
2.Кинематика
Ответ: t = 4,725 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.
Уравнение движения
Вверх — положительное направление, земля находится на h₀ ниже точки броска.
−15 = 20·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 20·t − 15 = 0
Решите квадратное уравнение
Физический смысл имеет только положительный корень.
t = (20 + √(20² + 2·9,81·15))/9,81 = 4,725 s
Ответ
t = 4,725 s
3.Законы Ньютона
Ответ: μ = 0,1483
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.
Замедление
a = v₀²/(2d) = 8²/(2·22) = 1,455 m/s²
Коэффициент трения
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 1,455/9,81 = 0,1483
Ответ
μ = 0,1483
4.Законы Ньютона
Ответ: a = 6,137 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 нити
m₂·g = 68,67 N
m₁·g·sin θ = 10,36 N
μ·m₁·g·cos θ = 0 N
Ускорение системы
a = (68,67 − 10,36 − 0)/9,5 = 6,137 m/s²
Ответ
a = 6,137 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: t = 5,364 s
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
Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.
vx = v0·cos θ = 28·cos 70° = 9,577 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 70° = 26,31 m/s
Время полёта
Старт и приземление на одной высоте: t = 2vy/g.
t = 2·26,31/9,81 = 5,364 s
Ответ
t = 5,364 s
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: H = 29,29 m
Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.
Вертикальная начальная скорость
vy = 27·sin 30° = 13,5 m/s
Подъём над обрывом
Δh = vy²/(2g) = 13,5²/(2·9,81) = 9,289 m
Высота над землёй
H = 20 + 9,289 = 29,29 m
Ответ
H = 29,29 m
7.Движение по окружности
Ответ: θ = 18,88 °
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.
Единицы
v = 100/3,6 = 27,78 m/s
Угол виража
tan θ = v²/(r·g) = 27,78²/(230·9,81) = 0,342
θ = 18,88°
Ответ
θ = 18,88°
8.Движение по окружности
Ответ: T = 58,16 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 = 1,8·9,81 + 1,8·4,5²/0,9 = 17,66 + 40,5 = 58,16 N
Ответ
T = 58,16 N
9.Работа и энергия
Ответ: v = 3,523 m/s
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).
Энергетический баланс вдоль плоскости
Брусок опускается на высоту d·sin θ, а трение забирает μmg·cos θ·d. Масса сокращается.
½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·6·(0,4226 − 0,35·0,9063)) = 3,523 m/s
Ответ
v = 3,523 m/s
10.Работа и энергия
Ответ: v = 10,25 m/s
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).
Силы вдоль плоскости
m·g = 15·9,81 = 147,2 N
mg·sin θ = 84,4 N
μ·mg·cos θ = 12,05 N
Работа и энергия
½mv² = (195 − 96,46)·8 = 788,4 J
v = √(2·788,4/15) = 10,25 m/s
Ответ
v = 10,25 m/s
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = 3 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 − 4,5)/(1,5 + 4,5)·6 = −3 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 4,5)·6 = 3 m/s
Ответ
v′2 = 3 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: v = 445,9 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.
Подъём бруска
h = L·(1 − cos θ) = 1,9·(1 − cos 40°) = 0,4445 m
Скорость после удара
V = √(2·9,81·0,4445) = 2,953 m/s
Столкновение
v = (m + M)·V/m = 3,02·2,953/0,02 = 445,9 m/s
Ответ
v = 445,9 m/s
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: R = 25,75 N
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.
Моменты относительно шарнира
В момент освобождения ω = 0, поэтому центростремительного ускорения нет, и центр ускоряется строго вниз.
m·g − R = m·aG → R = 10,5·(9,81 − 7,357) = 25,75 N
Ответ
R = 25,75 N
R = m·g/4, не зависит от длины.
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: ω = 1,656 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.
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.
Частота вращения без проскальзывания
1440·200/250 = 1152 rpm
С проскальзыванием
n2 = 1152·0,96 = 1106 rpm
Ответ
n2 = 1106 rpm
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 3,362 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.
Угол обхвата
θ = 2,553 rad
Натяжение ведомой ветви
eμθ = e0,7659 = 2,151, T₂ = 500/2,151 = 232,4 N
Мощность
P = (500 − 232,4)·12,57 = 3,362 kW
Ответ
P = 3,362 kW
17.Пружины и маятники
Ответ: L = 0,159 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·(0,8/2π)² = 0,159 m
Ответ
L = 0,159 m
18.Пружины и маятники
Ответ: U = 1,568 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.
Полная энергия
E = ½·k·A² = ½·490·0,12² = 3,528 J
Энергия пружины в точке x
U = ½·k·x² = ½·490·0,08² = 1,568 J
Ответ
U = 1,568 J
19.Механические колебания
Ответ: fd = 8,053 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.
Собственная частота без демпфирования
ωn = √(80000/20) = 63,25 rad/s
fn = 63,25/(2π) = 10,07 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 10,07·√(1 − 0,6²) = 8,053 Hz
Ответ
fd = 8,053 Hz
20.Механические колебания
Ответ: fn = 3,082 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
Последовательные пружины передают одну и ту же силу, а их деформации складываются, поэтому складываются обратные величины: 1/k = 1/k1 + 1/k2.