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
t (s)v (m/s)t = ?16,67

Автомобиль, едущий со скоростью 60 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.

v₀ = 60 km/ha = −4 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
v₀ = 11 m/s35 m

Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 11 m/s с края крыши на высоте 35 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.

v₀ = 11 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
10 kg1 kg

Грузы массами 10 kg и 1 kg висят по обе стороны лёгкого блока без трения и связаны лёгкой нитью. Систему отпускают из состояния покоя. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 10 kgm2 = 1 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 5 kg8 kgθ = 40°

Брусок массой 5 kg на наклонной плоскости под углом 40° связан лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения на вершине плоскости, с висящим грузом массой 8 kg. Висящий груз движется вниз. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a системы.

m1 = 5 kgm2 = 8 kgθ = 40°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 40 m/s50°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 50° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 40 m/sθ = 50°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 10 mv0​ = 26 m/s60°дальность

Мяч бросают под углом 60° к горизонту с вершины скалы высотой 10 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.

v0 = 26 m/sθ = 60°h = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Движение по окружностиСредняя
r = 110 mvmax​ = ?

Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 110 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 = 110 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
r = 1 mv = 6,5 m/s

Шарик массой 1,7 kg на нити длиной 1 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 6,5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.

m = 1,7 kgr = 1 mv = 6,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
90 km/h6°1200 kg

Автомобиль массой 1200 kg въезжает на подъём 6° с постоянной скоростью 90 km/h. Сопротивление воздуха и сопротивление качению вместе составляют 800 N. Найдите мощность P, которую должны развивать колёса, в kW.

m = 1200 kgθ = 6°Fr = 800 Nv = 90 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Работа и энергияСложная
h = 4,5 mL = 4 mμ = 0,1k = 1000 N/m

Брусок массой 10 kg отпускают без начальной скорости на высоте 4,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 4 m (μ = 0,1), а затем наезжает на пружину (k = 1000 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 10 kgh = 4,5 mL = 4 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
3 kgv = ?15 gh = 17 cm

Пуля массой 15 g, выпущенная горизонтально, попадает в деревянный брусок массой 3 kg, подвешенный на лёгких нитях, и застревает в нём. Брусок отклоняется и поднимается на 17 cm выше начального положения. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 15 gM = 3 kgh = 17 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
1200 kg14 m/s1000 kg8 m/sv′ = ?

На перекрёстке автомобиль массой 1200 kg, едущий на восток со скоростью 14 m/s, сталкивается с автомобилем массой 1000 kg, едущим на север со скоростью 8 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите скорость v′ обломков сразу после столкновения.

m1 = 1200 kgv1 = 14 m/s (E)m2 = 1000 kgv2 = 8 m/s (N)
v′ = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
8 kgaαM = 4 kgR = 0,15 m

Груз массой 8 kg висит на лёгкой нити, намотанной на блок — однородный сплошной диск массой 4 kg и радиусом 0,15 m, вращающийся на гладкой горизонтальной оси. Груз отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a груза.

m = 8 kgM = 4 kgR = 0,15 mg = 9,81 m/s²
a = m/s²
14.Вращение твёрдого телаСложная
7 m/sω

полый шар массой 8 kg катится без проскальзывания со скоростью 7 m/s. Какой процент p полной кинетической энергии составляет энергия вращения?

m = 8 kgv = 7 m/sI = (2/3)·m·r²
p = %
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
N1​ = 60N2​ = 72

Двигатель мощностью 5,5 kW с частотой вращения 1450 rpm приводит шестерню с числом зубьев 60, которая находится в зацеплении с колесом с числом зубьев 72. Потерями пренебречь. Найдите крутящий момент T1 на валу двигателя.

P = 5,5 kWn1 = 1450 rpmN1 = 60N2 = 72η = 100%
T1 = N·m
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
d1​ = 120 mmd2​ = 250 mm1450 rpmC = 600 mmθ = ?

Открытый ремень соединяет шкив 120 mm и шкив 250 mm, центры которых находятся на расстоянии 600 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.

d1 = 120 mmd2 = 250 mmC = 600 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
2,3 kgk = 220 N/mA = 9 cmx = 3 cm

Груз массой 2,3 kg на пружине с k = 220 N/m колеблется на поверхности без трения с амплитудой 9 cm. Найдите его скорость v на расстоянии 3 cm от положения равновесия.

m = 2,3 kgk = 220 N/mA = 9 cmx = 3 cm
v = m/s
18.Пружины и маятникиСложная
0,6 kgk = 260 N/mA = 15 cm

Груз массой 0,6 kg на пружине с k = 260 N/m оттягивают на 15 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите полную энергию E колебаний.

m = 0,6 kgk = 260 N/mA = 15 cm
E = J
19.Механические колебанияСредняя
k = 40 kN/mζ = 0,7m = 12 kg

Груз массой 12 kg на пружине жёсткостью 40 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,7. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.

m = 12 kgk = 40 kN/mζ = 0,7
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
k1​ = 40k2​ = 5m = 20 kg

Груз массой 20 kg висит на двух пружинах, расположенных рядом (параллельно), с жёсткостями k₁ = 40 kN/m и k₂ = 5 kN/m. Груз остаётся горизонтальным. Найдите эквивалентную жёсткость keq системы пружин в kN/m.

m = 20 kgk1 = 40 kN/mk2 = 5 kN/m
keq = kN/m

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 4,167 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.

Единицы

v₀ = 60/3,6 = 16,67 m/s

Время торможения

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 16,67/4 = 4,167 s

Ответ

t = 4,167 s
2.Кинематика

Ответ: t = 4,018 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.

−35 = 11·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 11·t − 35 = 0

Решите квадратное уравнение

Физический смысл имеет только положительный корень.

t = (11 + √(11² + 2·9,81·35))/9,81 = 4,018 s

Ответ

t = 4,018 s
3.Законы Ньютона

Ответ: T = 17,84 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

Движущая равнодействующая — это разность весов; она разгоняет полную массу.

a = (10 − 1)·9,81/(10 + 1) = 8,026 m/s²

Натяжение по лёгкому грузу

T − m2·g = m2·a → T = 1·(9,81 + 8,026) = 17,84 N

Ответ

T = 17,84 N
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 3,034 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 = 78,48 N
m₁·g·sin θ = 31,53 N
μ·m₁·g·cos θ = 7,515 N

Ускорение системы

a = (78,48 − 31,53 − 7,515)/13 = 3,034 m/s²

Ответ

a = 3,034 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 47,86 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 = 40·cos 50° = 25,71 m/s
vy = v0·sin θ = 40·sin 50° = 30,64 m/s

Высшая точка

В верхней точке вертикальная скорость равна нулю: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 30,64²/(2·9,81) = 47,86 m

Ответ

H = 47,86 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: t = 4,998 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 = 26·cos 60° = 13 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 60° = 22,52 m/s

Время полёта

Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.

0 = 10 + 22,52·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (22,52 + √(507 + 196,2))/9,81 = 4,998 s

Ответ

t = 4,998 s
7.Движение по окружности

Ответ: vmax = 25,45 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) = √(0,6·9,81·110) = 25,45 m/s

Ответ

vmax = 25,45 m/s (91,6 km/h)
8.Движение по окружности

Ответ: T = 88,5 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 = 1,7·9,81 + 1,7·6,5²/1 = 16,68 + 71,82 = 88,5 N

Ответ

T = 88,5 N
9.Работа и энергия

Ответ: P = 50,76 kW

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). Мощность — это сила, умноженная на скорость: P = F·v.

Сила тяги

m·g = 1200·9,81 = 11772 N
mg·sin θ = 11772·sin 6° = 1231 N
F = 1231 + 800 = 2031 N

Мощность

v = 90/3,6 = 25 m/s
P = F·v = 2031·25 = 50763 W = 50,76 kW

Ответ

P = 50,76 kW
10.Работа и энергия

Ответ: x = 89,69 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 = 98,1·(4,5 − 0,1·4) = 402,2 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 402,2 → x = √(2·402,2/1000) = 0,8969 m = 89,69 cm

Ответ

x = 89,69 cm
11.Импульс и столкновения

Ответ: v = 367,1 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.

Отклонение после удара

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,17) = 1,826 m/s

Столкновение

m·v = (m + M)·V → v = (0,015 + 3)·1,826/0,015 = 367,1 m/s

Ответ

v = 367,1 m/s
12.Импульс и столкновения

Ответ: v′ = 8,458 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.

Составляющие импульса

px = 1200·14 = 16800 kg·m/s
py = 1000·8 = 8000 kg·m/s

Скорость обломков

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 18608/2200 = 8,458 m/s

Ответ

v′ = 8,458 m/s
13.Вращение твёрдого тела

Ответ: a = 7,848 m/s²

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.

Груз и блок

брусок: m·g − T = m·a
блок: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Ускорение

a = m·g/(m + M/2) = 8·9,81/(8 + 2) = 7,848 m/s²

Ответ

a = 7,848 m/s²
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.

Поступательная часть и часть вращения

Etrans = ½·m·v² = ½·8·7² = 196 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,6667·m·r²·(v/r)² = 0,6667·196 = 130,7 J

Доля вращения

p = 130,7/326,7·100% = c/(1 + c)·100% = 40%

Ответ

p = 40 %

Доля зависит только от формы, а не от массы или скорости.

15.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: T1 = 36,22 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·1450/60 = 151,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 5500/151,8 = 36,22 N·m

Ответ

T1 = 36,22 N·m
16.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: θ = 167,6 °

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(0,1083) = 6,219°

Угол обхвата

θ = 180 − 2·6,219 = 167,6°

Ответ

θ = 167,6°
17.Пружины и маятники

Ответ: v = 0,8299 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.

Угловая частота

ω = √(220/2,3) = 9,78 rad/s

Скорость в точке x

v = ω·√(A² − x²) = 9,78·√(0,09² − 0,03²) = 0,8299 m/s

Ответ

v = 0,8299 m/s
18.Пружины и маятники

Ответ: E = 2,925 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 = √(260/0,6) = 20,82 rad/s

Энергия

E = ½·k·A² = ½·260·0,15² = 2,925 J

Ответ

E = 2,925 J
19.Механические колебания

Ответ: fd = 6,562 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 = √(40000/12) = 57,74 rad/s
fn = 57,74/(2π) = 9,189 Hz

Частота затухающих колебаний

fd = fn·√(1 − ζ²) = 9,189·√(1 − 0,7²) = 6,562 Hz

Ответ

fd = 6,562 Hz
20.Механические колебания

Ответ: keq = 45 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.

keq = 40 + 5 = 45 kN/m

Ответ

keq = 45 kN/m

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics