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 4 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.
v₀ = 60 km/ha = −4 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.