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 5,5 m/s² до полной остановки. Сколько длится торможение? Найдите t.
v₀ = 60 km/ha = −5,5 m/s²v = 0
t = s
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 16 m/s с края крыши на высоте 10 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.
v₀ = 16 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
Ящик скользит по горизонтальному полу с начальной скоростью 11,5 m/s и останавливается через 130 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите коэффициент трения скольжения μ.
v₀ = 11,5 m/sd = 130 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 6,5 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 4,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 6,5 kgm2 = 4,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают с горизонтальной поверхности под углом 65° к горизонту, и он падает на расстоянии 115 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите начальную скорость v0.
θ = 65°R = 115 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают под углом 15° к горизонту с вершины скалы высотой 25 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.
v0 = 22 m/sθ = 15°h = 25 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль массой 800 kg переезжает вершину бугра на дороге со скоростью 9 m/s. Вершина бугра — дуга окружности радиусом 120 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу нормальной реакции N дороги на автомобиль на вершине.
m = 800 kgv = 9 m/sr = 120 mg = 9,81 m/s²
N = N
8.Движение по окружностиСложная
Небольшую тележку отпускают без начальной скорости на трассе без трения, и она въезжает в вертикальную петлю радиусом 0,5 m. С какой наименьшей высоты hmin над нижней точкой петли она должна стартовать, чтобы удержаться на трассе в верхней точке петли?
R = 0,5 mv₀ = 0
hmin = m
9.Работа и энергияСредняя
Автомобиль массой 1200 kg въезжает на подъём 4° с постоянной скоростью 36 km/h. Сопротивление воздуха и сопротивление качению вместе составляют 600 N. Найдите мощность P, которую должны развивать колёса, в kW.
Брусок массой 4 kg отпускают без начальной скорости на высоте 4 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 1,5 m (μ = 0,25), а затем наезжает на пружину (k = 500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.
m = 4 kgh = 4 mL = 1,5 mμ = 0,25k = 500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
Снаряд массой 19 kg, движущийся горизонтально со скоростью 18 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 6 kg продолжает движение вперёд со скоростью 49 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 13 kg (положительна в исходном направлении).
M = 19 kgu = 18 m/sm1 = 6 kgv′1 = 49 m/sm2 = 13 kg
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
На перекрёстке автомобиль массой 1400 kg, едущий на восток со скоростью 10 m/s, сталкивается с автомобилем массой 1200 kg, едущим на север со скоростью 10 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите направление θ движения обломков сразу после столкновения, отсчитанное от востока к северу.
m1 = 1400 kgv1 = 10 m/s (E)m2 = 1200 kgv2 = 10 m/s (N)
θ = °
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Однородный тонкий стержень массой 6,5 kg и длиной 1,4 m закреплён шарниром на одном конце и отпущен без начальной скорости из горизонтального положения. К его свободному концу прикреплён маленький шарик массой 2 kg. Пренебрегите трением и примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v свободного конца при прохождении стержнем вертикального положения.
m = 6,5 kgL = 1,4 mmball = 2 kgg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Вращение твёрдого телаСложная
сплошной шар начинает движение из состояния покоя и катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 40° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Его радиус равен 0,05 m. Найдите его угловую скорость ω после того, как он прокатился 4,5 m вдоль склона.
θ = 40°s = 4,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²r = 0,05 m
ω = rad/s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Двигатель мощностью 11 kW с частотой вращения 2900 rpm приводит шестерню с числом зубьев 15, которая находится в зацеплении с колесом с числом зубьев 24. Потерями пренебречь. Найдите крутящий момент T1 на валу двигателя.
P = 11 kWn1 = 2900 rpmN1 = 15N2 = 24η = 100%
T1 = N·m
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет шкив 125 mm и шкив 250 mm, центры которых находятся на расстоянии 800 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.
d1 = 125 mmd2 = 250 mmC = 800 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
Груз массой 2,2 kg на пружине с k = 280 N/m колеблется на поверхности без трения с амплитудой 17 cm. Найдите его скорость v на расстоянии 13 cm от положения равновесия.
m = 2,2 kgk = 280 N/mA = 17 cmx = 13 cm
v = m/s
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,7 kg на пружине с k = 230 N/m оттягивают на 5 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите его наибольшую скорость vmax.
m = 1,7 kgk = 230 N/mA = 5 cm
vmax = m/s
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 80 kg на пружине жёсткостью 15 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,45. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 80 kgk = 15 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 40 kg висит на двух пружинах, расположенных рядом (параллельно), с жёсткостями k₁ = 100 kN/m и k₂ = 100 kN/m. Груз остаётся горизонтальным. Найдите эквивалентную жёсткость keq системы пружин в kN/m.
m = 40 kgk1 = 100 kN/mk2 = 100 kN/m
keq = kN/m
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: t = 3,03 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 = 16,67/5,5 = 3,03 s
Ответ
t = 3,03 s
2.Кинематика
Ответ: t = 3,799 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.
−10 = 16·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 16·t − 10 = 0
Решите квадратное уравнение
Физический смысл имеет только положительный корень.
t = (16 + √(16² + 2·9,81·10))/9,81 = 3,799 s
Ответ
t = 3,799 s
3.Законы Ньютона
Ответ: μ = 0,05185
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
a = v₀²/(2d) = 11,5²/(2·130) = 0,5087 m/s²
Коэффициент трения
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 0,5087/9,81 = 0,05185
Ответ
μ = 0,05185
4.Законы Ньютона
Ответ: T = 28,69 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.
Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.
Выражаем v₀ из формулы дальности
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·115/sin 130°) = 38,38 m/s
Ответ
v0 = 38,38 m/s
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: t = 2,911 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 = 22·cos 15° = 21,25 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 15° = 5,694 m/s
Время полёта
Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.
0 = 25 + 5,694·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (5,694 + √(32,42 + 490,5))/9,81 = 2,911 s
Ответ
t = 2,911 s
7.Движение по окружности
Ответ: N = 7308 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 верхней точке
Направление к центру (вниз) положительно.
m·g − N = m·v²/r
N = 800·9,81 − 800·9²/120 = 7848 − 540 = 7308 N
Ответ
N = 7308 N
Автомобиль становится «легче»: дорога давит вверх с силой меньше его веса.
8.Движение по окружности
Ответ: hmin = 1,25 m
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.
Условие в верхней точке
m·g = m·v²/R → v² = g·R
Закон сохранения энергии
g·h = g·2R + ½·g·R → h = 2,5·R = 2,5·0,5 = 1,25 m
Ответ
hmin = 1,25 m
9.Работа и энергия
Ответ: P = 14,21 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 4° = 821,2 N
F = 821,2 + 600 = 1421 N
Мощность
v = 36/3,6 = 10 m/s
P = F·v = 1421·10 = 14212 W = 14,21 kW
Ответ
P = 14,21 kW
10.Работа и энергия
Ответ: x = 75,43 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 = 39,24·(4 − 0,25·1,5) = 142,2 J
Наибольшее сжатие
½kx² = 142,2 → x = √(2·142,2/500) = 0,7543 m = 75,43 cm
Ответ
x = 75,43 cm
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = 3,692 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.
Импульс до удара
p = M·u = 19·18 = 342 kg·m/s
Импульс после удара
342 = 6·49 + 13·v′2
v′2 = (342 − 294)/13 = 3,692 m/s
Ответ
v′2 = 3,692 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: θ = 40,6 °
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 = 1400·10 = 14000 kg·m/s
py = 1200·10 = 12000 kg·m/s
Направление
tan θ = py/px = 0,8571 → θ = 40,6°
Ответ
θ = 40,6°
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: v = 5,883 m/s
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.
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.
Высота спуска
h = s·sin θ = 4,5·sin 40° = 2,893 m
Энергетический баланс при качении
Качение без проскальзывания: ω = v/r, а трение не совершает работы в точке контакта.
m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,4)
v = √(2·9,81·2,893/1,4) = 6,367 m/s
ω = v/r = 6,367/0,05 = 127,3 rad/s
Ответ
ω = 127,3 rad/s
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·2900/60 = 303,7 rad/s
T1 = P/ω₁ = 11000/303,7 = 36,22 N·m
Ответ
T1 = 36,22 N·m
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: θ = 171 °
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(0,07813) = 4,481°
Угол обхвата
θ = 180 − 2·4,481 = 171°
Ответ
θ = 171°
17.Пружины и маятники
Ответ: v = 1,236 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 = √(280/2,2) = 11,28 rad/s
Скорость в точке x
v = ω·√(A² − x²) = 11,28·√(0,17² − 0,13²) = 1,236 m/s
Ответ
v = 1,236 m/s
18.Пружины и маятники
Ответ: vmax = 0,5816 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 = √(230/1,7) = 11,63 rad/s
Наибольшая скорость
vmax = A·ω = 0,05·11,63 = 0,5816 m/s
Ответ
vmax = 0,5816 m/s
19.Механические колебания
Ответ: fd = 1,946 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 = √(15000/80) = 13,69 rad/s
fn = 13,69/(2π) = 2,179 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,179·√(1 − 0,45²) = 1,946 Hz
Ответ
fd = 1,946 Hz
20.Механические колебания
Ответ: keq = 200 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.