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 120 km/h, тормозит с постоянным замедлением 7 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.
v₀ = 120 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 6 m/s с края крыши на высоте 5 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.
v₀ = 6 m/sh₀ = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
Брусок массой 12 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 25° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,15. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.
m = 12 kgθ = 25°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 1 kg на наклонной плоскости под углом 20° 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 = 1 kgm2 = 8 kgθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают под углом 20° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.
v0 = 38 m/sθ = 20°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают с уровня земли со скоростью 36 m/s под углом 60° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 2 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.
v₀ = 36 m/sθ = 60°hroof = 2 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 80 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,5. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 80 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 1,3 kg на нити длиной 1,2 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 7,5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.
m = 1,3 kgr = 1,2 mv = 7,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
Игрушечная пусковая установка имеет вертикальную пружину жёсткостью 2000 N/m. На неё кладут мяч массой 0,2 kg, сжимают пружину на 2 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 = 2000 N/mx = 2 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Работа и энергияСложная
Пружину жёсткостью 800 N/m у основания наклонной плоскости 40° сжимают на 15 cm бруском массой 1 kg и отпускают. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,25. Какое расстояние d пройдёт брусок вверх по плоскости от точки отпускания до остановки? (Пренебрегите коротким участком, на котором толкает пружина, т. е. учитывайте трение и силу тяжести на всём расстоянии d.)
Снаряд массой 14 kg, движущийся горизонтально со скоростью 37 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 12 kg продолжает движение вперёд со скоростью 83 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 2 kg (положительна в исходном направлении).
M = 14 kgu = 37 m/sm1 = 12 kgv′1 = 83 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
На перекрёстке автомобиль массой 1000 kg, едущий на восток со скоростью 23 m/s, сталкивается с автомобилем массой 1500 kg, едущим на север со скоростью 25 m/s. Автомобили сцепляются. Найдите направление θ движения обломков сразу после столкновения, отсчитанное от востока к северу.
m1 = 1000 kgv1 = 23 m/s (E)m2 = 1500 kgv2 = 25 m/s (N)
θ = °
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Однородный тонкий стержень массой 19 kg и длиной 1,5 m закреплён шарниром на одном конце и удерживается горизонтально. Его отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение atip свободного конца сразу после освобождения.
m = 19 kgL = 1,5 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Вращение твёрдого телаСложная
Однородный тонкий стержень массой 1,5 kg и длиной 1,6 m неподвижно висит на шарнире без трения в своём верхнем конце. Пуля массой 15 g, летящая горизонтально со скоростью 180 m/s, попадает в стержень на 0,64 m ниже шарнира и застревает в нём. Найдите угловую скорость ω стержня сразу после удара.
M = 1,5 kgL = 1,6 mm = 15 gv = 180 m/sd = 0,64 m
ω = rad/s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Ремень идёт по ведущему шкиву 125 mm с частотой 720 rpm. Натяжение равно 800 N на ведущей ветви и 320 N на ведомой. Найдите передаваемую мощность P в kW.
d1 = 125 mmn1 = 720 rpmT1 = 800 NT2 = 320 N
P = kW
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет шкив 160 mm и шкив 315 mm, центры которых находятся на расстоянии 1000 mm. Найдите угол обхвата θ на меньшем шкиве в градусах.
d1 = 160 mmd2 = 315 mmC = 1000 mm
θ = °
17.Пружины и маятникиСредняя
Груз массой 1,9 kg на пружине с k = 150 N/m колеблется на поверхности без трения с амплитудой 14 cm. Найдите его скорость v на расстоянии 12 cm от положения равновесия.
m = 1,9 kgk = 150 N/mA = 14 cmx = 12 cm
v = m/s
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,4 kg прикрепляют к нижнему концу нерастянутой вертикальной пружины с k = 380 N/m и отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшее удлинение xmax пружины в cm.
m = 1,4 kgk = 380 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 8 kg на пружине жёсткостью 25 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,7. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 8 kgk = 25 kN/mζ = 0,7
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 40 kg висит на двух пружинах, соединённых друг за другом (последовательно): у верхней k₁ = 12 kN/m, у нижней k₂ = 15 kN/m. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 40 kgk1 = 12 kN/mk2 = 15 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: s = 79,37 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 = 120/3,6 = 33,33 m/s
Тормозной путь
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 33,33²/(2·7) = 79,37 m
Ответ
s = 79,37 m
2.Кинематика
Ответ: t = 1,792 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.
−5 = 6·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 6·t − 5 = 0
Решите квадратное уравнение
Физический смысл имеет только положительный корень.
t = (6 + √(6² + 2·9,81·5))/9,81 = 1,792 s
Ответ
t = 1,792 s
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 2,812 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.
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 = 3,355 N
μ·m₁·g·cos θ = 1,844 N
Ускорение системы
a = (78,48 − 3,355 − 1,844)/9 = 8,142 m/s²
Ответ
a = 8,142 m/s²
5.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 94,62 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 = 38·cos 20° = 35,71 m/s
vy = v0·sin θ = 38·sin 20° = 13 m/s
Время полёта
Старт и приземление на одной высоте: t = 2vy/g.
t = 2·13/9,81 = 2,65 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 35,71·2,65 = 94,62 m
Ответ
x = 94,62 m
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 113,2 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
vx = 18 m/s, vy = 31,18 m/s
Время до падения на крышу
Больший корень: мяч опускается.
2 = 31,18·t − 4,905·t²
t = (31,18 + √(31,18² − 2·9,81·2))/9,81 = 6,291 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 18·6,291 = 113,2 m
Ответ
x = 113,2 m
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 19,81 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) = √(0,5·9,81·80) = 19,81 m/s
Ответ
vmax = 19,81 m/s (71,31 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: T = 73,69 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 = 1,3·9,81 + 1,3·7,5²/1,2 = 12,75 + 60,94 = 73,69 N
Ответ
T = 73,69 N
9.Работа и энергия
Ответ: h = 0,2039 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 = 2 cm = 0,02 m
½kx² = ½·2000·0,02² = 0,4 J
Высота
m·g = 0,2·9,81 = 1,962 N
h = ½kx²/(mg) = 0,4/1,962 = 0,2039 m
Ответ
h = 0,2039 m
10.Работа и энергия
Ответ: d = 1,1 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 = 15 cm = 0,15 m
½kx² = ½·800·0,15² = 9 J
Энергетический баланс вдоль плоскости
m·g = 1·9,81 = 9,81 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 9/(9,81·(0,6428 + 0,25·0,766)) = 1,1 m
Ответ
d = 1,1 m
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = −239 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 = 14·37 = 518 kg·m/s
Импульс после удара
518 = 12·83 + 2·v′2
v′2 = (518 − 996)/2 = −239 m/s
Ответ
v′2 = −239 m/s
Знак минус означает, что второй осколок летит назад.
12.Импульс и столкновения
Ответ: θ = 58,48 °
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 = 1000·23 = 23000 kg·m/s
py = 1500·25 = 37500 kg·m/s
Направление
tan θ = py/px = 1,63 → θ = 58,48°
Ответ
θ = 58,48°
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: atip = 14,71 m/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.
Моменты относительно шарнира
В момент освобождения ω = 0, поэтому центростремительного ускорения нет, и центр ускоряется строго вниз.
atip = 1,5·g при любой длине: свободный конец падает быстрее брошенного камня.
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: ω = 1,344 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.
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 = 4,712 m/s
Мощность
P = (800 − 320)·4,712 = 2262 W = 2,262 kW
Ответ
P = 2,262 kW
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: θ = 171,1 °
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(0,0775) = 4,445°
Угол обхвата
θ = 180 − 2·4,445 = 171,1°
Ответ
θ = 171,1°
17.Пружины и маятники
Ответ: v = 0,6407 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 = √(150/1,9) = 8,885 rad/s
Скорость в точке x
v = ω·√(A² − x²) = 8,885·√(0,14² − 0,12²) = 0,6407 m/s
Ответ
v = 0,6407 m/s
18.Пружины и маятники
Ответ: xmax = 7,228 cm
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.
Положение равновесия и амплитуда
x₀ = m·g/k = 1,4·9,81/380 = 0,03614 m = A
Нижняя точка
xmax = 2A = 0,07228 m = 7,228 cm
Ответ
xmax = 7,228 cm
19.Механические колебания
Ответ: fd = 6,354 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 = √(25000/8) = 55,9 rad/s
fn = 55,9/(2π) = 8,897 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 8,897·√(1 − 0,7²) = 6,354 Hz
Ответ
fd = 6,354 Hz
20.Механические колебания
Ответ: fn = 2,055 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
Последовательные пружины передают одну и ту же силу, а их деформации складываются, поэтому складываются обратные величины: 1/k = 1/k1 + 1/k2.