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 72 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.
v₀ = 72 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 8 m/s с края крыши на высоте 15 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.
v₀ = 8 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
Ящик массой 25 kg толкают вверх по наклонной плоскости под углом 15° к горизонту с постоянной скоростью силой, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,4. Примите g = 9,81 m/s². Найдите толкающую силу F.
m = 25 kgθ = 15°μ = 0,4g = 9,81 m/s²
F = N
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 10 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 10 kgm2 = 5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 12 m/s, и он должен упасть на расстоянии 5 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.
v₀ = 12 m/sR = 5 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают под углом 40° к горизонту с вершины скалы высотой 45 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.
v0 = 28 m/sθ = 40°h = 45 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Движение по окружностиСредняя
Маленький шарик на нити длиной 0,3 m движется по горизонтальной окружности так, что нить составляет постоянный угол 20° с вертикалью (конический маятник). Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v шарика.
L = 0,3 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Тележку массой 1 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2,5 m на трассе без трения, и она проходит вертикальную петлю радиусом 0,5 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу нормальной реакции Nbottom трассы на тележку в нижней точке петли.
m = 1 kgh = 2,5 mR = 0,5 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Работа и энергияСредняя
Игрушечная пусковая установка имеет вертикальную пружину жёсткостью 400 N/m. На неё кладут мяч массой 0,2 kg, сжимают пружину на 6 cm и отпускают. Пренебрегая сопротивлением воздуха и массой пружины, найдите высоту h, на которую поднимется мяч, отсчитывая от его положения при сжатой пружине.
m = 0,2 kgk = 400 N/mx = 6 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 10 kg лежит на шероховатом горизонтальном столе (μ = 0,3). От него лёгкая нить идёт через гладкий блок на краю стола к висящему грузу массой 4 kg. Систему отпускают из состояния покоя. Найдите скорость v грузов после того, как висящий груз опустится на 2 m.
m1 = 10 kgm2 = 4 kgμ = 0,3d = 2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Импульс и столкновенияСредняя
Тележка массой 3 kg, движущаяся со скоростью 8 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 1 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′2 второй тележки после столкновения.
m1 = 3 kgm2 = 1 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Мяч массой 0,4 kg ударяется о стену со скоростью 21 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 20 m/s. Контакт длится 50 ms. Найдите среднюю силу Favg, с которой стена действует на мяч.
m = 0,4 kgvin = 21 m/svout = 20 m/sΔt = 50 ms
Favg = N
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Груз массой 14 kg висит на лёгкой нити, намотанной на блок — однородный сплошной диск массой 6 kg и радиусом 0,45 m, вращающийся на гладкой горизонтальной оси. Груз отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите угловое ускорение α блока.
m = 14 kgM = 6 kgR = 0,45 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Вращение твёрдого телаСложная
Человек стоит на поворотном круге без трения и держит в каждой руке гантель массой 5,5 kg на расстоянии 0,75 m от оси. Человек вместе с кругом имеют момент инерции 5 kg·m² относительно оси. Они вращаются с частотой 60 rpm, затем человек приближает гантели к оси до расстояния 0,25 m. Считайте гантели точечными массами. Найдите новую частоту вращения n2 в rpm.
Ремень идёт по ведущему шкиву 150 mm с частотой 1500 rpm. Натяжение равно 400 N на ведущей ветви и 100 N на ведомой. Найдите передаваемую мощность P в kW.
d1 = 150 mmn1 = 1500 rpmT1 = 400 NT2 = 100 N
P = kW
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет шкив 160 mm и шкив 450 mm, центры которых находятся на расстоянии 500 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.
d1 = 160 mmd2 = 450 mmC = 500 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
Какой длины должен быть математический маятник, чтобы его период был 2,6 s? Примите g = 9,81 m/s². Найдите L.
T = 2,6 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,1 kg на пружине с k = 240 N/m оттягивают на 8 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите его наибольшее ускорение amax.
m = 1,1 kgk = 240 N/mA = 8 cm
amax = m/s²
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 5 kg на пружине жёсткостью 8 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,4. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 5 kgk = 8 kN/mζ = 0,4
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 20 kg висит на пружине k₃ = 60 kN/m. Верх k₃ прикреплён к жёсткой балке, подвешенной на двух расположенных рядом пружинах k₁ = 15 kN/m и k₂ = 40 kN/m; балка остаётся горизонтальной. Пренебрегите демпфированием и массами пружин и балки. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 20 kgk1 = 15 kN/mk2 = 40 kN/mk3 = 60 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: s = 50 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.
Единицы
v₀ = 72/3,6 = 20 m/s
Тормозной путь
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 20²/(2·4) = 50 m
Ответ
s = 50 m
2.Кинематика
Ответ: hmax = 18,26 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 = 15 + 3,262 = 18,26 m
Ответ
hmax = 18,26 m
3.Законы Ньютона
Ответ: F = 158,2 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 = 63,48 + 94,76 = 158,2 N
Ответ
F = 158,2 N
4.Законы Ньютона
Ответ: T = 35,97 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.
Формула дальности
R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·5/12² = 0,3406
Угол
2θ = 19,91° → θ = 9,957°
Ответ
θ = 9,957°
Второе решение: 90° − θ = 80,04°.
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: t = 5,376 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 = 28·cos 40° = 21,45 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 40° = 18 m/s
Время полёта
Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.
0 = 45 + 18·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18 + √(323,9 + 882,9))/9,81 = 5,376 s
Ответ
t = 5,376 s
7.Движение по окружности
Ответ: v = 0,6053 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.
Радиус окружности
r = L·sin θ = 0,3·sin 20° = 0,1026 m
Скорость
Сила натяжения и сила тяжести вместе дают силу, направленную к центру: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(0,1026·9,81·tan 20°) = 0,6053 m/s
Ответ
v = 0,6053 m/s
8.Движение по окружности
Ответ: Nbottom = 107,9 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.
Скорость из закона сохранения энергии
v² = 2·9,81·2,5 = 49,05 m²/s²
Силы
Направление к центру положительно.
N = m·v²/R + m·g = 1·49,05/0,5 + 9,81 = 107,9 N
Ответ
Nbottom = 107,9 N
9.Работа и энергия
Ответ: h = 0,367 m
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 пружины
x = 6 cm = 0,06 m
½kx² = ½·400·0,06² = 0,72 J
Высота
m·g = 0,2·9,81 = 1,962 N
h = ½kx²/(mg) = 0,72/1,962 = 0,367 m
Ответ
h = 0,367 m
10.Работа и энергия
Ответ: v = 1,674 m/s
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).
Выделившаяся и потерянная энергия
m₂g·d = 39,24·2 = 78,48 J
μ·m₁g·d = 0,3·98,1·2 = 58,86 J
Кинетическая энергия обоих грузов
½(m₁ + m₂)v² = 19,62 → v = √(2·19,62/14) = 1,674 m/s
Ответ
v = 1,674 m/s
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = 12 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 = (3 − 1)/(3 + 1)·8 = 4 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 1)·8 = 12 m/s
Ответ
v′2 = 12 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: Favg = 328 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 = 0,4·(20 + 21) = 16,4 N·s
Средняя сила
Favg = J/Δt = 16,4/0,05 = 328 N
Ответ
Favg = 328 N
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: α = 17,95 rad/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) = 14·9,81/(14 + 3) = 8,079 m/s²
Угловое ускорение
α = a/R = 8,079/0,45 = 17,95 rad/s²
Ответ
α = 17,95 rad/s²
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: n2 = 118 rpm
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.
Моменты инерции
I1 = 5 + 2·5,5·0,75² = 11,19 kg·m²
I2 = 5 + 2·5,5·0,25² = 5,688 kg·m²
Закон сохранения момента импульса
n2 = n1·I1/I2 = 60·11,19/5,688 = 118 rpm
Ответ
n2 = 118 rpm
Кинетическая энергия возрастает: дополнительная энергия берётся из работы человека, придвигающего гантели.
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 3,534 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.
Скорость ремня
v = 11,78 m/s
Мощность
P = (400 − 100)·11,78 = 3534 W = 3,534 kW
Ответ
P = 3,534 kW
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: θ = 146,3 °
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(0,29) = 16,86°
Угол обхвата
θ = 180 − 2·16,86 = 146,3°
Ответ
θ = 146,3°
17.Пружины и маятники
Ответ: L = 1,68 m
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.
Выразите длину
L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,6/2π)² = 1,68 m
Ответ
L = 1,68 m
18.Пружины и маятники
Ответ: amax = 17,45 m/s²
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 = √(240/1,1) = 14,77 rad/s
Наибольшее ускорение
amax = A·ω² = 0,08·14,77² = 17,45 m/s²
Ответ
amax = 17,45 m/s²
19.Механические колебания
Ответ: fd = 5,835 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 = √(8000/5) = 40 rad/s
fn = 40/(2π) = 6,366 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 6,366·√(1 − 0,4²) = 5,835 Hz
Ответ
fd = 5,835 Hz
20.Механические колебания
Ответ: fn = 6,029 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.