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, превышающий скорость, движется с постоянной скоростью 32 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 2,5 m/s². Через сколько времени полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите t.
vcar = 32 m/sapolice = 2,5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.КинематикаСложная
Модель ракеты запускают вертикально вверх из состояния покоя. Двигатель сообщает ей постоянное ускорение 20 m/s², направленное вверх, в течение 2,5 s, после чего двигатель выключается и ракета движется свободно. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax, которой достигает ракета.
a = 20 m/s²t1 = 2,5 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
Брусок массой 6 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 20° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,25. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.
m = 6 kgθ = 20°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 1 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 1,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,1. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 1 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бьют с горизонтальной поверхности со скоростью 24 m/s под углом 45° к горизонту в сторону стены, находящейся на расстоянии 18 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². На какой высоте y мяч пролетает у стены?
v₀ = 24 m/sθ = 45°x = 18 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают с уровня земли со скоростью 39 m/s под углом 40° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 6 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.
v₀ = 39 m/sθ = 40°hroof = 6 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 125 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,7. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 125 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 0,5 kg на нити длиной 1,2 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 8,5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.
m = 0,5 kgr = 1,2 mv = 8,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
Автомобиль, движущийся со скоростью 50 km/h по горизонтальной дороге, резко тормозит и с заблокированными колёсами скользит до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,5. Найдите тормозной путь d.
v = 50 km/hμ = 0,5g = 9,81 m/s²
d = m
10.Работа и энергияСложная
Пружину жёсткостью 1000 N/m у основания наклонной плоскости 35° сжимают на 12 cm бруском массой 0,5 kg и отпускают. Коэффициент трения скольжения между бруском и плоскостью равен 0,1. 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.)
Тележка массой 5 kg, движущаяся со скоростью 7 m/s, испытывает абсолютно упругий центральный удар с покоящейся тележкой массой 3 kg на дорожке без трения. Найдите скорость v′1 первой тележки после столкновения (положительную в направлении её первоначального движения).
m1 = 5 kgm2 = 3 kgv1 = 7 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Пуля массой 10 g, выпущенная горизонтально, попадает в брусок массой 1,5 kg, подвешенный на лёгких нитях длиной 1,3 m, и застревает в нём. Нити отклоняются на наибольший угол 35° от вертикали. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.
m = 10 gM = 1,5 kgL = 1,3 mθ = 35°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Однородный тонкий стержень массой 4 kg и длиной 0,8 m закреплён шарниром на одном конце и отпущен без начальной скорости из горизонтального положения. Пренебрегите трением и примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v свободного конца при прохождении стержнем вертикального положения.
m = 4 kgL = 0,8 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Вращение твёрдого телаСложная
сплошной шар катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 20° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a его центра.
θ = 20°I = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Двигатель мощностью 15 kW с частотой вращения 1440 rpm приводит шестерню с числом зубьев 12, которая находится в зацеплении с колесом с числом зубьев 50. КПД зубчатой пары — 96 %. Найдите выходной крутящий момент T2 на валу колеса.
P = 15 kWn1 = 1440 rpmN1 = 12N2 = 50η = 96%
T2 = N·m
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет ведущий шкив 100 mm с частотой 720 rpm со шкивом 300 mm; расстояние между центрами 600 mm. Коэффициент трения равен 0,25, а натяжение ведущей ветви не должно превышать 1500 N. Найдите наибольшую мощность P, которую ремень может передать без проскальзывания, в kW (центробежными эффектами пренебрегите).
Какой длины должен быть математический маятник, чтобы его период был 3 s? Примите g = 9,81 m/s². Найдите L.
T = 3 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,6 kg на пружине с k = 90 N/m оттягивают на 9 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите его наибольшее ускорение amax.
m = 1,6 kgk = 90 N/mA = 9 cm
amax = m/s²
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 200 kg опирается на пружину жёсткостью 40 kN/m и вязкий демпфер с коэффициентом демпфирования 1410 N·s/m. Найдите относительный коэффициент демпфирования ζ.
m = 200 kgk = 40 kN/mc = 1410 N·s/m
ζ =
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 10 kg висит на пружине k₃ = 60 kN/m. Верх k₃ прикреплён к жёсткой балке, подвешенной на двух расположенных рядом пружинах k₁ = 40 kN/m и k₂ = 12 kN/m; балка остаётся горизонтальной. Пренебрегите демпфированием и массами пружин и балки. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 10 kgk1 = 40 kN/mk2 = 12 kN/mk3 = 60 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: t = 25,6 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.
Равные пути
v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·32/2,5 = 25,6 s
Ответ
t = 25,6 s
В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 64 m/s.
2.Кинематика
Ответ: hmax = 189,9 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.
Активный участок
v₁ = 20·2,5 = 50 m/s
h₁ = ½·20·2,5² = 62,5 m
Свободный полёт вверх
В наивысшей точке скорость равна нулю.
Δh = v₁²/(2g) = 50²/(2·9,81) = 127,4 m
hmax = 62,5 + 127,4 = 189,9 m
Ответ
hmax = 189,9 m
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 1,051 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.
Движение тела, брошенного под углом: без сопротивления воздуха x = vxt и y = h + vyt − ½gt². Оба направления независимы, их связывает только общее время.
Время до стены
vx = 24·cos 45° = 16,97 m/s
t = x/vx = 18/16,97 = 1,061 s
Высота в этот момент
y = 16,97·1,061 − ½·9,81·1,061² = 12,48 m
Ответ
y = 12,48 m
У стены мяч ещё поднимается.
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 145,2 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 = 29,88 m/s, vy = 25,07 m/s
Время до падения на крышу
Больший корень: мяч опускается.
6 = 25,07·t − 4,905·t²
t = (25,07 + √(25,07² − 2·9,81·6))/9,81 = 4,859 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 29,88·4,859 = 145,2 m
Ответ
x = 145,2 m
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 29,3 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) = √(0,7·9,81·125) = 29,3 m/s
Ответ
vmax = 29,3 m/s (105,5 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: T = 35,01 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 = 0,5·9,81 + 0,5·8,5²/1,2 = 4,905 + 30,1 = 35,01 N
Ответ
T = 35,01 N
9.Работа и энергия
Ответ: d = 19,66 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).
Скорость в основных единицах
v = 50/3,6 = 13,89 m/s
Энергетический баланс
½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 13,89²/(2·0,5·9,81) = 19,66 m
Ответ
d = 19,66 m
При удвоении скорости тормозной путь увеличивается в четыре раза.
10.Работа и энергия
Ответ: d = 2,239 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 = 12 cm = 0,12 m
½kx² = ½·1000·0,12² = 7,2 J
Энергетический баланс вдоль плоскости
m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 7,2/(4,905·(0,5736 + 0,1·0,8192)) = 2,239 m
Ответ
d = 2,239 m
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′1 = 1,75 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 − 3)/(5 + 3)·7 = 1,75 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 3)·7 = 8,75 m/s
Ответ
v′1 = 1,75 m/s
12.Импульс и столкновения
Ответ: v = 324,3 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.
Подъём бруска
h = L·(1 − cos θ) = 1,3·(1 − cos 35°) = 0,2351 m
Скорость после удара
V = √(2·9,81·0,2351) = 2,148 m/s
Столкновение
v = (m + M)·V/m = 1,51·2,148/0,01 = 324,3 m/s
Ответ
v = 324,3 m/s
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: v = 4,852 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.
Уравнения движения
m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,4·m·r²·(a/r) → f = 0,4·m·a
Ускорение
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 20°/1,4 = 2,397 m/s²
Ответ
a = 2,397 m/s²
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: T2 = 397,9 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·1440/60 = 150,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 15000/150,8 = 99,47 N·m
Выходной крутящий момент
T2 = 99,47·50/12·0,96 = 397,9 N·m
Ответ
T2 = 397,9 N·m
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 2,851 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 = 2,807 rad
Натяжение ведомой ветви
eμθ = e0,7017 = 2,017, T₂ = 1500/2,017 = 743,6 N
Мощность
P = (1500 − 743,6)·3,77 = 2,851 kW
Ответ
P = 2,851 kW
17.Пружины и маятники
Ответ: L = 2,236 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·(3/2π)² = 2,236 m
Ответ
L = 2,236 m
18.Пружины и маятники
Ответ: amax = 5,062 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 = √(90/1,6) = 7,5 rad/s
Наибольшее ускорение
amax = A·ω² = 0,09·7,5² = 5,062 m/s²
Ответ
amax = 5,062 m/s²
19.Механические колебания
Ответ: ζ = 0,2493
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.
Критическое демпфирование
cc = 2·√(k·m) = 2·√(40000·200) = 5657 N·s/m
Коэффициент демпфирования
ζ = c/cc = 1410/5657 = 0,2493
Ответ
ζ = 0,2493
ζ < 1, поэтому демпфирование слабое, и система совершает затухающие колебания.
20.Механические колебания
Ответ: fn = 8,4 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.