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, едущий со скоростью 60 km/h, тормозит с постоянным замедлением 3 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.
v₀ = 60 km/ha = −3 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
Камень без начальной скорости падает в колодец. Всплеск слышен через 4,2 s после того, как камень отпустили. Скорость звука 343 m/s; пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите глубину d колодца.
ttotal = 4,2 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Законы НьютонаСредняя
Брусок массой 6 kg скользит вниз по гладкой наклонной плоскости под углом 20° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.
m = 6 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 5 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 ускорение a системы.
m1 = 5 kgm2 = 3 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бьют с горизонтальной поверхности со скоростью 26 m/s под углом 45° к горизонту в сторону стены, находящейся на расстоянии 14 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². На какой высоте y мяч пролетает у стены?
v₀ = 26 m/sθ = 45°x = 14 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают под углом 35° к горизонту с вершины скалы высотой 10 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.
v0 = 33 m/sθ = 35°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 130 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,4. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 130 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Тележку массой 0,5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 17,6 m на трассе без трения, и она проходит вертикальную петлю радиусом 4 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу нормальной реакции Nbottom трассы на тележку в нижней точке петли.
m = 0,5 kgh = 17,6 mR = 4 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Работа и энергияСредняя
Шарик массой 5 kg висит на лёгкой нити длиной 1,5 m. Его отводят в сторону, пока нить не составит 70° с вертикалью, и отпускают без начальной скорости. Найдите силу натяжения T нити в момент прохождения шариком нижней точки.
m = 5 kgL = 1,5 mθ = 70°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 0,5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 3 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 4,5 m (μ = 0,2), а затем наезжает на пружину (k = 1500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.
m = 0,5 kgh = 3 mL = 4,5 mμ = 0,2k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
Тележка массой 2,5 kg, движущаяся со скоростью 9 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 1 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.
m1 = 2,5 kgm2 = 1 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Пуля массой 10 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 2 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 1,6 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 20° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.
m = 10 gM = 2 kgL = 1,6 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Вал передаёт 137,5 kW при 2600 rpm. Найдите крутящий момент T в валу.
P = 137,5 kWn = 2600 rpm
T = N·m
14.Вращение твёрдого телаСложная
полый шар катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 25° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a его центра.
θ = 25°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Ремень идёт по ведущему шкиву 80 mm с частотой 1450 rpm. Натяжение равно 500 N на ведущей ветви и 200 N на ведомой. Найдите передаваемую мощность P в kW.
d1 = 80 mmn1 = 1450 rpmT1 = 500 NT2 = 200 N
P = kW
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет шкив 125 mm и шкив 450 mm, центры которых находятся на расстоянии 1200 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.
d1 = 125 mmd2 = 450 mmC = 1200 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
Длина математического маятника 1,2 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите его период T при малых колебаниях.
L = 1,2 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,1 kg на пружине с k = 20 N/m оттягивают на 12 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите полную энергию E колебаний.
m = 1,1 kgk = 20 N/mA = 12 cm
E = J
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 25 kg опирается на пружину жёсткостью 80 kN/m и вязкий демпфер с коэффициентом демпфирования 1410 N·s/m. Найдите относительный коэффициент демпфирования ζ.
m = 25 kgk = 80 kN/mc = 1410 N·s/m
ζ =
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 5 kg висит на двух пружинах, соединённых друг за другом (последовательно): у верхней k₁ = 5 kN/m, у нижней k₂ = 12 kN/m. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 5 kgk1 = 5 kN/mk2 = 12 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: s = 46,3 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s
Тормозной путь
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·3) = 46,3 m
Ответ
s = 46,3 m
2.Кинематика
Ответ: d = 77,47 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.
Две части времени
½·9,81·t₁² = 343·(4,2 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1441 = 0
Время падения
Физический смысл имеет только положительный корень.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1441))/(2·4,905) = 3,974 s
Глубина
d = ½·9,81·3,974² = 77,47 m
Ответ
d = 77,47 m
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 3,355 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.
Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.
Время до стены
vx = 26·cos 45° = 18,38 m/s
t = x/vx = 14/18,38 = 0,7615 s
Высота в этот момент
y = 18,38·0,7615 − ½·9,81·0,7615² = 11,16 m
Ответ
y = 11,16 m
У стены мяч ещё поднимается.
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 117 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 = 33·cos 35° = 27,03 m/s
vy = v0·sin θ = 33·sin 35° = 18,93 m/s
Время полёта
Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.
0 = 10 + 18,93·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18,93 + √(358,3 + 196,2))/9,81 = 4,33 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 27,03·4,33 = 117 m
Ответ
x = 117 m
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 22,59 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) = √(0,4·9,81·130) = 22,59 m/s
Ответ
vmax = 22,59 m/s (81,31 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: Nbottom = 48,07 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 из закона сохранения энергии
v² = 2·9,81·17,6 = 345,3 m²/s²
Силы
Направление к центру положительно.
N = m·v²/R + m·g = 0,5·345,3/4 + 4,905 = 48,07 N
Ответ
Nbottom = 48,07 N
9.Работа и энергия
Ответ: T = 113,6 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) = 2·9,81·1,5·(1 − cos 70°) = 19,36 m²/s²
Силы в нижней точке
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
T = mg + mv²/L = 49,05 + 5·19,36/1,5 = 113,6 N
Ответ
T = 113,6 N
Проверка: T = mg(3 − 2cos θ) = 113,6 N.
10.Работа и энергия
Ответ: x = 11,72 cm
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 = 4,905·(3 − 0,2·4,5) = 10,3 J
Наибольшее сжатие
½kx² = 10,3 → x = √(2·10,3/1500) = 0,1172 m = 11,72 cm
Ответ
x = 11,72 cm
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = 12,86 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 = (2,5 − 1)/(2,5 + 1)·9 = 3,857 m/s
v′2 = 2·2,5/(2,5 + 1)·9 = 12,86 m/s
Ответ
v′2 = 12,86 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: v = 276,6 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) = 1,6·(1 − cos 20°) = 0,09649 m
Скорость после удара
V = √(2·9,81·0,09649) = 1,376 m/s
Столкновение
v = (m + M)·V/m = 2,01·1,376/0,01 = 276,6 m/s
Ответ
v = 276,6 m/s
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: T = 505 N·m
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·2600/60 = 272,3 rad/s
Крутящий момент
T = P/ω = 137500/272,3 = 505 N·m
Ответ
T = 505 N·m
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: a = 2,488 m/s²
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 = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a
Ускорение
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 25°/1,667 = 2,488 m/s²
Ответ
a = 2,488 m/s²
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 1,822 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 = 6,074 m/s
Мощность
P = (500 − 200)·6,074 = 1822 W = 1,822 kW
Ответ
P = 1,822 kW
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: θ = 164,4 °
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(0,1354) = 7,783°
Угол обхвата
θ = 180 − 2·7,783 = 164,4°
Ответ
θ = 164,4°
17.Пружины и маятники
Ответ: T = 2,198 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·√(1,2/9,81) = 2,198 s
Ответ
T = 2,198 s
18.Пружины и маятники
Ответ: E = 0,144 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 = √(20/1,1) = 4,264 rad/s
Энергия
E = ½·k·A² = ½·20·0,12² = 0,144 J
Ответ
E = 0,144 J
19.Механические колебания
Ответ: ζ = 0,4985
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.
Критическое демпфирование
cc = 2·√(k·m) = 2·√(80000·25) = 2828 N·s/m
Коэффициент демпфирования
ζ = c/cc = 1410/2828 = 0,4985
Ответ
ζ = 0,4985
ζ < 1, поэтому демпфирование слабое, и система совершает затухающие колебания.
20.Механические колебания
Ответ: fn = 4,228 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.