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 50 km/h, видит препятствие. Время её реакции 1,4 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 4,5 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.
v₀ = 50 km/htr = 1,4 sa = −4,5 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 10 m/s с края крыши на высоте 15 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.
v₀ = 10 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
Брусок массой 3 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 30° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.
m = 3 kgθ = 30°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Бруску сообщают толчок, и он начинает скользить вверх по наклонной плоскости под углом 30° со скоростью 9 m/s. Коэффициент трения скольжения равен 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Какое расстояние d вдоль плоскости он проскользит до остановки?
v₀ = 9 m/sθ = 30°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают под углом 55° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.
v0 = 16 m/sθ = 55°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают со скоростью 19 m/s под углом 30° к горизонту с вершины обрыва высотой 55 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Под каким углом α к горизонту (ниже горизонта) он ударяется о землю?
v₀ = 19 m/sθ = 30°h = 55 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 140 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,5. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 140 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 1 kg на лёгкой нити длиной 1 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 9,5 m/s. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения Ttop нити в верхней точке.
m = 1 kgr = 1 mvbottom = 9,5 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Работа и энергияСредняя
Брусок массой 2 kg скользит 14 m по наклонной плоскости под углом 40° к горизонту с коэффициентом трения скольжения 0,15. Найдите работу Wf против силы трения.
m = 2 kgθ = 40°μ = 0,15d = 14 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 2,5 m (μ = 0,15), а затем наезжает на пружину (k = 4000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите скорость v бруска, когда он достигает пружины.
m = 5 kgh = 2 mL = 2,5 mμ = 0,15k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Импульс и столкновенияСредняя
Тележка массой 3 kg, движущаяся со скоростью 8 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 3,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′1 первой тележки после столкновения (положительную в направлении её первоначального движения).
m1 = 3 kgm2 = 3,5 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Автомобиль массой 1600 kg врезается в припаркованный автомобиль массой 2000 kg. Сцепившиеся автомобили скользят 10 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.
Однородный тонкий стержень массой 10 kg и длиной 0,5 m закреплён шарниром на одном конце и удерживается горизонтально. Его отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение atip свободного конца сразу после освобождения.
m = 10 kgL = 0,5 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Вращение твёрдого телаСложная
сплошной шар катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 20° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Оно начинает движение из состояния покоя. За какое время t оно прокатится 7,5 m вниз по склону?
θ = 20°I = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²s = 7,5 m
t = s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Двигатель мощностью 3 kW с частотой вращения 2900 rpm приводит шестерню с числом зубьев 20, которая находится в зацеплении с колесом с числом зубьев 30. КПД зубчатой пары — 97 %. Найдите выходной крутящий момент T2 на валу колеса.
P = 3 kWn1 = 2900 rpmN1 = 20N2 = 30η = 97%
T2 = N·m
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
В многоступенчатой зубчатой передаче колесо A (32 зубьев) на входном валу вращается с частотой 2880 rpm и приводит колесо B (36 зубьев). Колесо C (24 зубьев) закреплено на одном валу с B и приводит колесо D на выходном валу. Выходной вал должен вращаться с частотой 768 rpm. Сколько зубьев ND должно иметь колесо D?
nin = 2880 rpmA = 32B = 36C = 24nout = 768 rpm
ND =
17.Пружины и маятникиСредняя
Длина математического маятника 2,3 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите его период T при малых колебаниях.
L = 2,3 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Пружины и маятникиСложная
Пуля массой 15 g, летящая со скоростью 350 m/s, попадает в брусок массой 0,5 kg, лежащий на поверхности без трения, и застревает в нём. Брусок прикреплён к горизонтальной пружине с k = 300 N/m. Найдите амплитуду A возникающих колебаний в cm.
m = 15 gv = 350 m/sM = 0,5 kgk = 300 N/m
A = cm
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 5 kg на пружине жёсткостью 200 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,5. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 5 kgk = 200 kN/mζ = 0,5
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 5 kg висит на двух пружинах, соединённых друг за другом (последовательно): у верхней k₁ = 20 kN/m, у нижней k₂ = 30 kN/m. Найдите эквивалентную жёсткость keq системы пружин в kN/m.
m = 5 kgk1 = 20 kN/mk2 = 30 kN/m
keq = kN/m
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: d = 40,88 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 = 50/3,6 = 13,89 m/s
Путь за время реакции
d1 = v₀·tr = 13,89·1,4 = 19,44 m
Тормозной путь
d2 = v₀²/(2a) = 13,89²/(2·4,5) = 21,43 m
Итого
d = 19,44 + 21,43 = 40,88 m
Ответ
d = 40,88 m
2.Кинематика
Ответ: hmax = 20,1 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.
Подъём над крышей
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 10²/(2·9,81) = 5,097 m
Высота над землёй
hmax = 15 + 5,097 = 20,1 m
Ответ
hmax = 20,1 m
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 4,055 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.
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
Обе силы направлены вниз по склону; масса сокращается.
a = 9,81·(sin 30° + 0,3·cos 30°) = 7,454 m/s²
Путь
d = v₀²/(2a) = 9²/(2·7,454) = 5,434 m
Ответ
d = 5,434 m
5.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: H = 8,755 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
Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.
vx = v0·cos θ = 16·cos 55° = 9,177 m/s
vy = v0·sin θ = 16·sin 55° = 13,11 m/s
Высшая точка
В верхней точке вертикальная скорость равна нулю: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 13,11²/(2·9,81) = 8,755 m
Ответ
H = 8,755 m
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: α = 64,3 °
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 = 19·cos 30° = 16,45 m/s
vy0 = 19·sin 30° = 9,5 m/s
Вертикальная скорость при ударе
Закон сохранения энергии или v² = v₀² + 2as по вертикали.
vy = √(9,5² + 2·9,81·55) = 34,2 m/s
Угол падения
tan α = vy/vx = 34,2/16,45 → α = 64,3°
Ответ
α = 64,3°
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 26,2 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) = √(0,5·9,81·140) = 26,2 m/s
Ответ
vmax = 26,2 m/s (94,34 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: Ttop = 41,2 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.
Скорость в верхней точке
Кинетическая энергия переходит в потенциальную на высоте 2r.
vtop² = 9,5² − 4·9,81·1 = 51,01 m²/s²
Силы в верхней точке
Сила натяжения и сила тяжести обе направлены вниз, к центру.
T + m·g = m·vtop²/r
T = 1·51,01/1 − 1·9,81 = 41,2 N
Ответ
Ttop = 41,2 N
9.Работа и энергия
Ответ: Wf = 31,56 J
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).
Сила трения
N = mg·cos θ = 19,62·0,766 = 15,03 N
F = μN = 0,15·15,03 = 2,254 N
Работа против трения
Wf = F·d = 2,254·14 = 31,56 J
Ответ
Wf = 31,56 J
10.Работа и энергия
Ответ: v = 5,646 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).
Энергия после шероховатой полосы
Рампа гладкая, поэтому энергию забирает только полоса.
mgh − μmgL = 49,05·(2 − 0,15·2,5) = 79,71 J
Скорость у пружины
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·1,625) = 5,646 m/s
Ответ
v = 5,646 m/s
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′1 = −0,6154 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 − 3,5)/(3 + 3,5)·8 = −0,6154 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 3,5)·8 = 7,385 m/s
Ответ
v′1 = −0,6154 m/s
Знак минус означает, что первая тележка отскакивает назад.
12.Импульс и столкновения
Ответ: v1 = 26,37 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.
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.
atip = 1,5·g при любой длине: свободный конец падает быстрее брошенного камня.
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: t = 2,502 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.
Уравнения движения
m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,4·m·r²·(a/r) → f = 0,4·m·a
Ускорение
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 20°/1,4 = 2,397 m/s²
Время
s = ½·a·t² → t = √(2·7,5/2,397) = 2,502 s
Ответ
t = 2,502 s
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: T2 = 14,37 N·m
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.
Момент двигателя
ω₁ = 2π·2900/60 = 303,7 rad/s
T1 = P/ω₁ = 3000/303,7 = 9,879 N·m
Выходной крутящий момент
T2 = 9,879·30/20·0,97 = 14,37 N·m
Ответ
T2 = 14,37 N·m
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: ND = 80
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.
Частота вращения промежуточного вала
nB = nC = 2880·32/36 = 2560 rpm
Число зубьев колеса D
ND = C·nC/nout = 24·2560/768 = 80
Ответ
ND = 80
17.Пружины и маятники
Ответ: T = 3,042 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.
Период маятника
T = 2π·√(2,3/9,81) = 3,042 s
Ответ
T = 3,042 s
18.Пружины и маятники
Ответ: A = 42,24 cm
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.
Скорость после удара
V = m·v/(m + M) = 0,015·350/0,515 = 10,19 m/s
Угловая частота
ω = √(k/(m + M)) = √(300/0,515) = 24,14 rad/s
Амплитуда
A = V/ω = 10,19/24,14 = 0,4224 m = 42,24 cm
Ответ
A = 42,24 cm
19.Механические колебания
Ответ: fd = 27,57 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 = √(200000/5) = 200 rad/s
fn = 200/(2π) = 31,83 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 31,83·√(1 − 0,5²) = 27,57 Hz
Ответ
fd = 27,57 Hz
20.Механические колебания
Ответ: keq = 12 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
Последовательные пружины передают одну и ту же силу, а их деформации складываются, поэтому складываются обратные величины: 1/k = 1/k1 + 1/k2.