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
Автомобиль, превышающий скорость, движется с постоянной скоростью 18 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 5 m/s². На каком расстоянии от места старта полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите d.
vcar = 18 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 8 m/s с края крыши на высоте 10 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.
v₀ = 8 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
Санки массой 25 kg тянут по горизонтальному снегу верёвкой под углом 20° к горизонту с силой 180 N. Коэффициент трения скольжения равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a санок.
m = 25 kgF = 180 Nθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 5 kg на наклонной плоскости под углом 20° связан лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения на вершине плоскости, с висящим грузом массой 4,5 kg. Висящий груз движется вниз. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 5 kgm2 = 4,5 kgθ = 20°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 30° к горизонту, и он падает на расстоянии 90 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.
θ = 30°R = 90 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают с уровня земли со скоростью 23 m/s под углом 60° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 2 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.
v₀ = 23 m/sθ = 60°hroof = 2 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 60 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,6. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 60 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Поворот радиусом 300 m имеет вираж с уклоном 30°, коэффициент трения покоя между шинами и дорогой равен 0,4. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, при которой автомобиль может пройти поворот, не соскальзывая вверх и наружу.
r = 300 mθ = 30°μs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Работа и энергияСредняя
Шарик массой 0,5 kg висит на лёгкой нити длиной 0,8 m. Его отводят в сторону, пока нить не составит 30° с вертикалью, и отпускают без начальной скорости. Найдите силу натяжения T нити в момент прохождения шариком нижней точки.
m = 0,5 kgL = 0,8 mθ = 30°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Работа и энергияСложная
Пружину жёсткостью 500 N/m у основания наклонной плоскости 25° сжимают на 15 cm бруском массой 2 kg и отпускают. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,1. 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.)
Тележка массой 3,5 kg, движущаяся со скоростью 10 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 = 3,5 kgm2 = 4,5 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Мяч массой 0,55 kg ударяется о стену со скоростью 20 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 20 m/s. Контакт длится 40 ms. Найдите среднюю силу Favg, с которой стена действует на мяч.
m = 0,55 kgvin = 20 m/svout = 20 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Маховик с моментом инерции 8,5 kg·m² вращается с частотой 2900 rpm. Тормоз создаёт постоянный момент трения 25 N·m. Сколько оборотов N сделает маховик до остановки?
I = 8,5 kg·m²n = 2900 rpmTb = 25 N·m
N = rev
14.Вращение твёрдого телаСложная
полый шар массой 12 kg катится без проскальзывания со скоростью 3,5 m/s. Какой процент p полной кинетической энергии составляет энергия вращения?
m = 12 kgv = 3,5 m/sI = (2/3)·m·r²
p = %
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Шкив 125 mm с частотой 2880 rpm приводит ремнём шкив 450 mm при проскальзывании 2,5 %. Найдите частоту вращения n2 ведомого шкива.
n1 = 2880 rpmd1 = 125 mmd2 = 450 mms = 2,5 %
n2 = rpm
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
В многоступенчатой зубчатой передаче колесо A (40 зуб.) на входном валу вращается с частотой 3000 rpm и приводит колесо B (48 зуб.). Колесо C (32 зуб.) закреплено на одном валу с B и приводит колесо D (50 зуб.) на выходном валу. Найдите выходную частоту вращения nout.
nin = 3000 rpmA = 40B = 48C = 32D = 50
nout = rpm
17.Пружины и маятникиСредняя
Какой длины должен быть математический маятник, чтобы его период был 2,5 s? Примите g = 9,81 m/s². Найдите L.
T = 2,5 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 2,6 kg прикрепляют к нижнему концу нерастянутой вертикальной пружины с k = 300 N/m и отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax груза.
m = 2,6 kgk = 300 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 40 kg на пружине жёсткостью 12 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,4. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 40 kgk = 12 kN/mζ = 0,4
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 25 kg висит на двух пружинах, расположенных рядом (параллельно), с жёсткостями k₁ = 25 kN/m и k₂ = 30 kN/m. Груз остаётся горизонтальным. Найдите эквивалентную жёсткость keq системы пружин в kN/m.
m = 25 kgk1 = 25 kN/mk2 = 30 kN/m
keq = kN/m
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: d = 129,6 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.
Равные пути
v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·18/5 = 7,2 s
Путь
d = v·t = 18·7,2 = 129,6 m
Ответ
d = 129,6 m
В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 36 m/s.
2.Кинематика
Ответ: t = 2,46 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.
−10 = 8·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 8·t − 10 = 0
Решите квадратное уравнение
Физический смысл имеет только положительный корень.
t = (8 + √(8² + 2·9,81·10))/9,81 = 2,46 s
Ответ
t = 2,46 s
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 5,296 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.
Сила нормальной реакции
N = m·g − F·sin θ = 245,3 − 180·sin 20° = 183,7 N
Горизонтальные силы
m·a = F·cos θ − μ·N = 169,1 − 36,74
a = 132,4/25 = 5,296 m/s²
Ответ
a = 5,296 m/s²
4.Законы Ньютона
Ответ: T = 33,36 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.
Силы вдоль нити
m₂·g = 44,15 N
m₁·g·sin θ = 16,78 N
μ·m₁·g·cos θ = 4,609 N
Ускорение системы
a = (44,15 − 16,78 − 4,609)/9,5 = 2,396 m/s²
Натяжение по висящему грузу
m2·g − T = m2·a → T = 4,5·(9,81 − 2,396) = 33,36 N
Ответ
T = 33,36 N
5.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: v0 = 31,93 m/s
Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.
Выражаем v₀ из формулы дальности
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·90/sin 60°) = 31,93 m/s
Ответ
v0 = 31,93 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 45,52 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 = 11,5 m/s, vy = 19,92 m/s
Время до падения на крышу
Больший корень: мяч опускается.
2 = 19,92·t − 4,905·t²
t = (19,92 + √(19,92² − 2·9,81·2))/9,81 = 3,958 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 11,5·3,958 = 45,52 m
Ответ
x = 45,52 m
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 18,79 m/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.
Трение создаёт центростремительную силу
m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,6·9,81·60) = 18,79 m/s
Ответ
vmax = 18,79 m/s (67,65 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: vmax = 61,16 m/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.
Балансы сил
Трение направлено вниз по склону.
N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g
Скорость
v = √(300·9,81·0,8464/0,666) = 61,16 m/s
Ответ
vmax = 61,16 m/s
(220,2 km/h)
9.Работа и энергия
Ответ: T = 6,219 N
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). При движении по окружности равнодействующая, направленная к центру, должна быть равна mv²/r.
Скорость в нижней точке
v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·0,8·(1 − cos 30°) = 2,103 m²/s²
Силы в нижней точке
m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
T = mg + mv²/L = 4,905 + 0,5·2,103/0,8 = 6,219 N
Ответ
T = 6,219 N
Проверка: T = mg(3 − 2cos θ) = 6,219 N.
10.Работа и энергия
Ответ: d = 0,5586 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 = 15 cm = 0,15 m
½kx² = ½·500·0,15² = 5,625 J
Энергетический баланс вдоль плоскости
m·g = 2·9,81 = 19,62 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 5,625/(19,62·(0,4226 + 0,1·0,9063)) = 0,5586 m
Ответ
d = 0,5586 m
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = 8,75 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 = (3,5 − 4,5)/(3,5 + 4,5)·10 = −1,25 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 4,5)·10 = 8,75 m/s
Ответ
v′2 = 8,75 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: Favg = 550 N
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.
Изменение импульса
J = m·Δv = 0,55·(20 + 20) = 22 N·s
Средняя сила
Favg = J/Δt = 22/0,04 = 550 N
Ответ
Favg = 550 N
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: N = 2495 rev
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.
Угловая скорость
ω = 2π·2900/60 = 303,7 rad/s
Работа тормоза равна кинетической энергии
½·I·ω² = ½·8,5·303,7² = 391960 J
θ = 391960/25 = 15678 rad
Обороты
N = θ/2π = 2495 rev
Ответ
N = 2495 rev
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: p = 40 %
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.
Доля зависит только от формы, а не от массы или скорости.
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: n2 = 780 rpm
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
2880·125/450 = 800 rpm
С проскальзыванием
n2 = 800·0,975 = 780 rpm
Ответ
n2 = 780 rpm
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: nout = 1600 rpm
Зубчатые передачи: у зацепляющихся колёс скорость в точке контакта зубьев одинакова, поэтому n₁·N₁ = n₂·N₂: колесо с меньшим числом зубьев вращается быстрее. Колёса на одном валу вращаются с одинаковой частотой. Мощность передаётся дальше (за вычетом потерь), поэтому при уменьшении частоты вращения крутящий момент растёт: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, а P = T·ω, где ω = 2π·n/60.
Первая ступень
nB = 3000·40/48 = 2500 rpm = nC
Вторая ступень
nout = 2500·32/50 = 1600 rpm
Ответ
nout = 1600 rpm
общее передаточное отношение = 1,875 : 1
17.Пружины и маятники
Ответ: L = 1,553 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·(2,5/2π)² = 1,553 m
Ответ
L = 1,553 m
18.Пружины и маятники
Ответ: vmax = 0,9133 m/s
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.
Положение равновесия и амплитуда
x₀ = m·g/k = 2,6·9,81/300 = 0,08502 m = A
Наибольшая скорость
Скорость наибольшая в положении равновесия.
ω = √(300/2,6) = 10,74 rad/s
vmax = A·ω = 0,08502·10,74 = 0,9133 m/s
Ответ
vmax = 0,9133 m/s
19.Механические колебания
Ответ: fd = 2,527 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 = √(12000/40) = 17,32 rad/s
fn = 17,32/(2π) = 2,757 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,757·√(1 − 0,4²) = 2,527 Hz
Ответ
fd = 2,527 Hz
20.Механические колебания
Ответ: keq = 55 kN/m
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.