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 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
v₀ = 16 m/s10 m

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
ящикv₀ = 11,5 m/sμ = ?

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
m1​ = 6,5 kg4,5 kgμ = 0,1

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
v0​ = ?65°R = 115 m

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
h = 25 mv0​ = 22 m/s15°дальность

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
r = 120 m9 m/s

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
R = 0,5 mh = ?

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
36 km/h4°1200 kg

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.

m = 1200 kgθ = 4°Fr = 600 Nv = 36 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Работа и энергияСложная
h = 4 mL = 1,5 mμ = 0,25k = 500 N/m

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
6 kg49 m/s13 kgv′2​ = ?

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
1400 kg10 m/s1200 kg10 m/sθ = ?

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
v = ?2 kgL = 1,4 mm = 6,5 kg

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
θ = 40°vs = 4,5 m

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
N1​ = 15N2​ = 24

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
d1​ = 125 mmd2​ = 250 mm720 rpmC = 800 mmθ = ?

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
2,2 kgk = 280 N/mA = 17 cmx = 13 cm

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
1,7 kgk = 230 N/mA = 5 cm

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
k = 15 kN/mζ = 0,45m = 80 kg

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
k1​ = 100k2​ = 100m = 40 kg

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.

Ускорение системы

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (44,15 − 6,377)/11 = 3,434 m/s²

Натяжение из уравнения для бруска на столе

T − μ·m1·g = m1·a
T = 6,5·3,434 + 6,377 = 28,69 N

Ответ

T = 28,69 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: v0 = 38,38 m/s

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.

Убыль потенциальной энергии

m·g·L/2 + mball·g·L = 6,5·9,81·0,7 + 2·9,81·1,4 = 72,1 J

Момент инерции относительно шарнира

IO = m·L²/3 + mball·L² = 4,247 + 3,92 = 8,167 kg·m²

Энергетический баланс

½·IO·ω² = 72,1 → ω = √(2·72,1/8,167) = 4,202 rad/s
v = ω·L = 4,202·1,4 = 5,883 m/s

Ответ

v = 5,883 m/s
14.Вращение твёрдого тела

Ответ: ω = 127,3 rad/s

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.

keq = 100 + 100 = 200 kN/m

Ответ

keq = 200 kN/m

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics