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 = ?12,5

Автомобиль, едущий со скоростью 45 km/h, тормозит с постоянным замедлением 8 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.

v₀ = 45 km/ha = −8 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
v₀ = 8 m/s10 m

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. Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.

v₀ = 8 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 20°15 kgF = ?

Ящик массой 15 kg толкают вверх по наклонной плоскости под углом 20° к горизонту с постоянной скоростью силой, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите толкающую силу F.

m = 15 kgθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
F = N
4.Законы НьютонаСложная
1 kg10 kgTF = 30 Nμ = 0,2

Два бруска на горизонтальном полу связаны лёгкой горизонтальной нитью. Горизонтальная сила 30 N тянет передний брусок массой 10 kg; брусок массой 1 kg тащится сзади. Коэффициент трения скольжения для обоих брусков равен 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a брусков.

m1 = 1 kgm2 = 10 kgF = 30 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 40 m/s65°дальностьH = ?

Мяч бросают под углом 65° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите наибольшую высоту H, которой достигает мяч.

v0 = 40 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
h = 10 mv0​ = 30 m/s25°x = ?

Мяч бросают под углом 25° к горизонту с вершины скалы высотой 10 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.

v0 = 30 m/sθ = 25°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
r = 3,4 mn = ?

В аттракционе «ротор» посетители стоят у стенки вертикального цилиндра радиусом 3,4 m. Когда он вращается достаточно быстро, пол опускается, и их удерживает трение. Коэффициент трения покоя равен 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наименьшую частоту вращения n в оборотах в минуту.

r = 3,4 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
n = rpm
8.Движение по окружностиСложная
r = 0,5 mv = 7 m/s

Шарик массой 1,1 kg на нити длиной 0,5 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 7 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.

m = 1,1 kgr = 0,5 mv = 7 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
90 km/h5°1800 kg

Автомобиль массой 1800 kg въезжает на подъём 5° с постоянной скоростью 90 km/h. Сопротивление воздуха и сопротивление качению вместе составляют 250 N. Найдите мощность P, которую должны развивать колёса, в kW.

m = 1800 kgθ = 5°Fr = 250 Nv = 90 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Работа и энергияСложная
h = 3 mL = 4 mμ = 0,3k = 1500 N/m

Брусок массой 2 kg отпускают без начальной скорости на высоте 3 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 4 m (μ = 0,3), а затем наезжает на пружину (k = 1500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 2 kgh = 3 mL = 4 mμ = 0,3k = 1500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
5 kg8 m/s1,5 kg

Тележка массой 5 kg, движущаяся со скоростью 8 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 1,5 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′1 первой тележки после столкновения (положительную в направлении её первоначального движения).

m1 = 5 kgm2 = 1,5 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
11 m/s8 m/s

Мяч массой 0,35 kg ударяется о стену со скоростью 11 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 8 m/s. Контакт длится 25 ms. Найдите среднюю силу Favg, с которой стена действует на мяч.

m = 0,35 kgvin = 11 m/svout = 8 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
13.Вращение твёрдого телаСредняя
15 kgaαM = 15,5 kgR = 0,5 m

Груз массой 15 kg висит на лёгкой нити, намотанной на блок — однородный сплошной диск массой 15,5 kg и радиусом 0,5 m, вращающийся на гладкой горизонтальной оси. Груз отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m = 15 kgM = 15,5 kgR = 0,5 mg = 9,81 m/s²
T = N
14.Вращение твёрдого телаСложная
4 m/sω

полый шар массой 7 kg катится без проскальзывания со скоростью 4 m/s. Найдите его кинетическую энергию вращения Erot.

m = 7 kgv = 4 m/sI = (2/3)·m·r²
Erot = J
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
N1​ = 20, m = 4 mm

Двигатель мощностью 4 kW с частотой вращения 1440 rpm приводит шестерню с 20 зубьями и модулем 4 mm. Найдите окружную силу Ft на зубьях шестерни.

P = 4 kWn = 1440 rpmN1 = 20m = 4 mm
Ft = N
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
d1​ = 80 mmd2​ = 500 mm1450 rpmC = 600 mmT1​ = 800 NT2​P = ?

Открытый ремень соединяет ведущий шкив 80 mm с частотой 1450 rpm со шкивом 500 mm; расстояние между центрами 600 mm. Коэффициент трения равен 0,35, а натяжение ведущей ветви не должно превышать 800 N. Найдите наибольшую мощность P, которую ремень может передать без проскальзывания, в kW (центробежными эффектами пренебрегите).

d1 = 80 mmn1 = 1450 rpmd2 = 500 mmC = 600 mmμ = 0,35T1 = 800 N
P = kW
17.Пружины и маятникиСредняя
L = 3 m

Длина математического маятника 3 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите его период T при малых колебаниях.

L = 3 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Пружины и маятникиСложная
2,7 kgk = 310 N/mA = 4 cm

Груз массой 2,7 kg на пружине с k = 310 N/m оттягивают на 4 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите его наибольшую скорость vmax.

m = 2,7 kgk = 310 N/mA = 4 cm
vmax = m/s
19.Механические колебанияСредняя
k = 20 kN/mζ = 0,6m = 12 kg

Груз массой 12 kg на пружине жёсткостью 20 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,6. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.

m = 12 kgk = 20 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
k1​ = 25k2​ = 15k3​ = 10m = 50 kg

Груз массой 50 kg висит на пружине k₃ = 10 kN/m. Верх k₃ прикреплён к жёсткой балке, подвешенной на двух расположенных рядом пружинах k₁ = 25 kN/m и k₂ = 15 kN/m; балка остаётся горизонтальной. Пренебрегите демпфированием и массами пружин и балки. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.

m = 50 kgk1 = 25 kN/mk2 = 15 kN/mk3 = 10 kN/m
fn = Hz

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: t = 1,563 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 = 45/3,6 = 12,5 m/s

Время торможения

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 12,5/8 = 1,563 s

Ответ

t = 1,563 s
2.Кинематика

Ответ: hmax = 13,26 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 = 8²/(2·9,81) = 3,262 m

Высота над землёй

hmax = 10 + 3,262 = 13,26 m

Ответ

hmax = 13,26 m
3.Законы Ньютона

Ответ: F = 77,98 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 плоскости

Постоянная скорость: силы уравновешены.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Толкающая сила

F = 50,33 + 27,66 = 77,98 N

Ответ

F = 77,98 N
4.Законы Ньютона

Ответ: a = 0,7653 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.

Вся система

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (30 − 21,58)/11 = 0,7653 m/s²

Ответ

a = 0,7653 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: H = 66,98 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 65° = 16,9 m/s
vy = v0·sin θ = 40·sin 65° = 36,25 m/s

Высшая точка

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

H = vy²/(2g) = 36,25²/(2·9,81) = 66,98 m

Ответ

H = 66,98 m
6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 87,5 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 = 30·cos 25° = 27,19 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 25° = 12,68 m/s

Время полёта

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

0 = 10 + 12,68·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (12,68 + √(160,7 + 196,2))/9,81 = 3,218 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 27,19·3,218 = 87,5 m

Ответ

x = 87,5 m
7.Движение по окружности

Ответ: n = 29,61 rpm

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, действующие на посетителя

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

Угловая скорость

ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,3·3,4)) = 3,101 rad/s

Частота вращения

n = ω·60/(2π) = 29,61 rpm

Ответ

n = 29,61 rpm
8.Движение по окружности

Ответ: T = 118,6 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 = 1,1·9,81 + 1,1·7²/0,5 = 10,79 + 107,8 = 118,6 N

Ответ

T = 118,6 N
9.Работа и энергия

Ответ: P = 44,72 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 = 1800·9,81 = 17658 N
mg·sin θ = 17658·sin 5° = 1539 N
F = 1539 + 250 = 1789 N

Мощность

v = 90/3,6 = 25 m/s
P = F·v = 1789·25 = 44725 W = 44,72 kW

Ответ

P = 44,72 kW
10.Работа и энергия

Ответ: x = 21,7 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 = 19,62·(3 − 0,3·4) = 35,32 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 35,32 → x = √(2·35,32/1500) = 0,217 m = 21,7 cm

Ответ

x = 21,7 cm
11.Импульс и столкновения

Ответ: v′1 = 4,308 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 = (5 − 1,5)/(5 + 1,5)·8 = 4,308 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 1,5)·8 = 12,31 m/s

Ответ

v′1 = 4,308 m/s
12.Импульс и столкновения

Ответ: Favg = 266 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 = 0,35·(8 + 11) = 6,65 N·s

Средняя сила

Favg = J/Δt = 6,65/0,025 = 266 N

Ответ

Favg = 266 N
13.Вращение твёрдого тела

Ответ: T = 50,13 N

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) = 15·9,81/(15 + 7,75) = 6,468 m/s²

Натяжение

T = m·(g − a) = 15·(9,81 − 6,468) = 50,13 N

Ответ

T = 50,13 N
14.Вращение твёрдого тела

Ответ: Erot = 37,33 J

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 = ½·7·4² = 56 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,6667·m·r²·(v/r)² = 0,6667·56 = 37,33 J

Ответ

Erot = 37,33 J
15.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: Ft = 663,1 N

Геометрия зубчатых колёс: модуль m задаёт размер зуба. Колесо с N зубьями имеет делительный диаметр d = m·N, два зацепляющихся колеса имеют одинаковый модуль, а их межосевое расстояние a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. Окружная скорость v = π·d·n/60, а окружная сила на зубе следует из момента: Ft = 2T/d.

Вращающий момент на шестерне

ω = 2π·1440/60 = 150,8 rad/s
T = P/ω = 4000/150,8 = 26,53 N·m

Делительный диаметр

d = m·N = 4·20 = 80 mm

Окружная сила

Ft = 2T/d = 2·26,53/0,08 = 663,1 N

Ответ

Ft = 663,1 N
16.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: P = 2,781 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.

Угол обхвата

θ = 2,426 rad

Натяжение ведомой ветви

eμθ = e0,8493 = 2,338, T₂ = 800/2,338 = 342,2 N

Мощность

P = (800 − 342,2)·6,074 = 2,781 kW

Ответ

P = 2,781 kW
17.Пружины и маятники

Ответ: T = 3,475 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·√(3/9,81) = 3,475 s

Ответ

T = 3,475 s
18.Пружины и маятники

Ответ: vmax = 0,4286 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 = √(310/2,7) = 10,72 rad/s

Наибольшая скорость

vmax = A·ω = 0,04·10,72 = 0,4286 m/s

Ответ

vmax = 0,4286 m/s
19.Механические колебания

Ответ: fd = 5,198 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 = √(20000/12) = 40,82 rad/s
fn = 40,82/(2π) = 6,497 Hz

Частота затухающих колебаний

fd = fn·√(1 − ζ²) = 6,497·√(1 − 0,6²) = 5,198 Hz

Ответ

fd = 5,198 Hz
20.Механические колебания

Ответ: fn = 2,013 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

Параллельно соединены только k1 и k2. Эта пара соединена последовательно с k3, поэтому складывайте обратные величины.

k12 = 25 + 15 = 40 kN/m
keq = 40·10/(40 + 10) = 8 kN/m

Собственная частота

ωn = √(8000/50) = 12,65 rad/s
fn = 12,65/(2π) = 2,013 Hz

Ответ

fn = 2,013 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics