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 29 m/s и проезжает мимо стоящего полицейского автомобиля. В этот момент полицейский автомобиль трогается и равноускоренно разгоняется с ускорением 2 m/s². На каком расстоянии от места старта полицейский автомобиль догонит нарушителя? Найдите d.
vcar = 29 m/sapolice = 2 m/s²v0,police = 0
d = m
2.КинематикаСложная
Модель ракеты запускают вертикально вверх из состояния покоя. Двигатель сообщает ей постоянное ускорение 30 m/s², направленное вверх, в течение 2 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 = 30 m/s²t1 = 2 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
Санки массой 30 kg тянут по горизонтальному снегу верёвкой под углом 40° к горизонту с силой 160 N. Коэффициент трения скольжения равен 0,4. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a санок.
m = 30 kgF = 160 Nθ = 40°μ = 0,4g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 7 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 3 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,25. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 7 kgm2 = 3 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
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 = 18 m/sθ = 20°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают под углом 20° к горизонту с вершины скалы высотой 45 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.
v0 = 29 m/sθ = 20°h = 45 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 45 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,4. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.
r = 45 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 1,1 kg на нити длиной 1,5 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 = 1,1 kgr = 1,5 mv = 7,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
Брусок без начальной скорости скользит по наклонной плоскости под углом 25° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,35. Найдите его скорость v после того, как он проскользит 10 m вдоль плоскости.
θ = 25°μ = 0,35d = 10 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 5 kg начинает движение из состояния покоя у основания наклонной плоскости 25° и тянется вверх по ней постоянной силой 40 N, параллельной плоскости. Коэффициент трения скольжения равен 0,2. Найдите скорость v бруска после того, как он переместится на 4 m вверх по плоскости.
Снаряд массой 6 kg, движущийся горизонтально со скоростью 13 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 3 kg продолжает движение вперёд со скоростью 43 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 3 kg (положительна в исходном направлении).
M = 6 kgu = 13 m/sm1 = 3 kgv′1 = 43 m/sm2 = 3 kg
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Мяч массой 0,15 kg ударяется о стену со скоростью 9 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 18 m/s. Контакт длится 25 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.
m = 0,15 kgvin = 9 m/svout = 18 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Груз массой 13,5 kg висит на лёгкой нити, намотанной на блок — однородный сплошной диск массой 8,5 kg и радиусом 0,1 m, вращающийся на гладкой горизонтальной оси. Груз отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите угловое ускорение α блока.
m = 13,5 kgM = 8,5 kgR = 0,1 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Вращение твёрдого телаСложная
сплошной цилиндр катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 35° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Оно начинает движение из состояния покоя. За какое время t оно прокатится 8 m вниз по склону?
θ = 35°I = ½·m·r²g = 9,81 m/s²s = 8 m
t = s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
Шкив 80 mm с частотой 960 rpm приводит ремнём шкив 400 mm при проскальзывании 2,5 %. Найдите частоту вращения n2 ведомого шкива.
n1 = 960 rpmd1 = 80 mmd2 = 400 mms = 2,5 %
n2 = rpm
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет ведущий шкив 120 mm с частотой 2880 rpm со шкивом 315 mm; расстояние между центрами 1000 mm. Коэффициент трения равен 0,3, а натяжение ведущей ветви не должно превышать 2000 N. Найдите наибольшую мощность P, которую ремень может передать без проскальзывания, в kW (центробежными эффектами пренебрегите).
Груз массой 2,3 kg на пружине с k = 170 N/m колеблется на поверхности без трения с амплитудой 18 cm. Найдите его скорость v на расстоянии 11 cm от положения равновесия.
m = 2,3 kgk = 170 N/mA = 18 cmx = 11 cm
v = m/s
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 1,4 kg прикрепляют к нижнему концу нерастянутой вертикальной пружины с k = 40 N/m и отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшее удлинение xmax пружины в cm.
m = 1,4 kgk = 40 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Механические колебанияСредняя
При испытании системы «масса–пружина» с демпфированием на свободные колебания за пиком смещения 15 mm через один цикл следует пик 11 mm. Найдите коэффициент демпфирования ζ.
x0 = 15 mmx1 = 11 mmn = 1
ζ =
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 25 kg висит на пружине k₃ = 40 kN/m. Верх k₃ прикреплён к жёсткой балке, подвешенной на двух расположенных рядом пружинах k₁ = 12 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 = 25 kgk1 = 12 kN/mk2 = 40 kN/mk3 = 40 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: d = 841 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.
Равные пути
v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·29/2 = 29 s
Путь
d = v·t = 29·29 = 841 m
Ответ
d = 841 m
В этот момент полицейский автомобиль движется со скоростью 2v = 58 m/s.
2.Кинематика
Ответ: hmax = 243,5 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 = 30·2 = 60 m/s
h₁ = ½·30·2² = 60 m
Свободный полёт вверх
В наивысшей точке скорость равна нулю.
Δh = v₁²/(2g) = 60²/(2·9,81) = 183,5 m
hmax = 60 + 183,5 = 243,5 m
Ответ
hmax = 243,5 m
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 1,533 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.
Сила нормальной реакции
N = m·g − F·sin θ = 294,3 − 160·sin 40° = 191,5 N
Горизонтальные силы
m·a = F·cos θ − μ·N = 122,6 − 76,58
a = 45,99/30 = 1,533 m/s²
Ответ
a = 1,533 m/s²
4.Законы Ньютона
Ответ: T = 25,75 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.
Разложите начальную скорость
Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.
vx = v0·cos θ = 18·cos 20° = 16,91 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 20° = 6,156 m/s
Время полёта
Старт и приземление на одной высоте: t = 2vy/g.
t = 2·6,156/9,81 = 1,255 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 16,91·1,255 = 21,23 m
Ответ
x = 21,23 m
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: x = 114,6 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 = 29·cos 20° = 27,25 m/s
vy = v0·sin θ = 29·sin 20° = 9,919 m/s
Время полёта
Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.
0 = 45 + 9,919·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9,919 + √(98,38 + 882,9))/9,81 = 4,204 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 27,25·4,204 = 114,6 m
Ответ
x = 114,6 m
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 13,29 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) = √(0,4·9,81·45) = 13,29 m/s
Ответ
vmax = 13,29 m/s (47,84 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: T = 52,04 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 = 1,1·9,81 + 1,1·7,5²/1,5 = 10,79 + 41,25 = 52,04 N
Ответ
T = 52,04 N
9.Работа и энергия
Ответ: v = 4,548 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).
Энергетический баланс вдоль плоскости
Брусок опускается на высоту d·sin θ, а трение забирает μmg·cos θ·d. Масса сокращается.
½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·10·(0,4226 − 0,35·0,9063)) = 4,548 m/s
Ответ
v = 4,548 m/s
10.Работа и энергия
Ответ: v = 4,075 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).
Силы вдоль плоскости
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
mg·sin θ = 20,73 N
μ·mg·cos θ = 8,891 N
Работа и энергия
½mv² = (40 − 29,62)·4 = 41,52 J
v = √(2·41,52/5) = 4,075 m/s
Ответ
v = 4,075 m/s
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = −17 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 = 6·13 = 78 kg·m/s
Импульс после удара
78 = 3·43 + 3·v′2
v′2 = (78 − 129)/3 = −17 m/s
Ответ
v′2 = −17 m/s
Знак минус означает, что второй осколок летит назад.
12.Импульс и столкновения
Ответ: J = 4,05 N·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.
Изменение импульса
J = m·Δv = 0,15·(18 + 9) = 4,05 N·s
Ответ
J = 4,05 N·s
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: α = 74,61 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.
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 = 0,5·m·r²·(a/r) → f = 0,5·m·a
Ускорение
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 35°/1,5 = 3,751 m/s²
Время
s = ½·a·t² → t = √(2·8/3,751) = 2,065 s
Ответ
t = 2,065 s
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: n2 = 187,2 rpm
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.
Частота вращения без проскальзывания
960·80/400 = 192 rpm
С проскальзыванием
n2 = 192·0,975 = 187,2 rpm
Ответ
n2 = 187,2 rpm
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 21,24 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 = 2,946 rad
Натяжение ведомой ветви
eμθ = e0,8839 = 2,42, T₂ = 2000/2,42 = 826,3 N
Мощность
P = (2000 − 826,3)·18,1 = 21,24 kW
Ответ
P = 21,24 kW
17.Пружины и маятники
Ответ: v = 1,225 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 = √(170/2,3) = 8,597 rad/s
Скорость в точке x
v = ω·√(A² − x²) = 8,597·√(0,18² − 0,11²) = 1,225 m/s
Ответ
v = 1,225 m/s
18.Пружины и маятники
Ответ: xmax = 68,67 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 = 1,4·9,81/40 = 0,3433 m = A
Нижняя точка
xmax = 2A = 0,6867 m = 68,67 cm
Ответ
xmax = 68,67 cm
19.Механические колебания
Ответ: ζ = 0,0493
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.
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.