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)1,1 s15

Водитель, едущий со скоростью 54 km/h, видит препятствие. Время её реакции 1,1 s, после чего автомобиль тормозит с постоянным замедлением 4 m/s². Найдите полный остановочный путь d с момента, когда она увидела препятствие.

v₀ = 54 km/htr = 1,1 sa = −4 m/s²
d = m
2.КинематикаСложная
v₀ = 19 m/s20 m

Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 19 m/s с края крыши на высоте 20 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую высоту hmax над землёй.

v₀ = 19 m/sh₀ = 20 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Законы НьютонаСредняя
θ = 25°a = ?m = 12 kg

Брусок массой 12 kg скользит вниз по наклонной плоскости под углом 25° к горизонту. Коэффициент трения скольжения 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.

m = 12 kgθ = 25°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
m1​ = 7 kg8 kgθ = 20°

Брусок массой 7 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 0,25. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m1 = 7 kgm2 = 8 kgθ = 20°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
v0​ = 28 m/sθ = ?R = 75 m

Мяч бросают с горизонтальной поверхности со скоростью 28 m/s, и он должен упасть на расстоянии 75 m. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите меньший из двух возможных углов броска θ.

v₀ = 28 m/sR = 75 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
7 mv0​ = 26 m/s40°x = ?

Мяч бросают с уровня земли со скоростью 26 m/s под углом 40° к горизонту. Он падает на плоскую крышу здания высотой 7 m, уже опускаясь. Пренебрегите сопротивлением воздуха и примите g = 9,81 m/s². Найдите горизонтальное расстояние x от точки броска до места падения.

v₀ = 26 m/sθ = 40°hroof = 7 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Движение по окружностиСредняя
r = 45 mvmax​ = ?

Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 45 m. Коэффициент трения покоя между шинами и дорогой 0,3. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшую скорость vmax, с которой автомобиль может пройти поворот без заноса.

r = 45 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
r = 0,5 mv = ?

Шарик на нити длиной 0,5 m вращают по вертикальной окружности. Примите g = 9,81 m/s². При какой наименьшей скорости vmin в верхней точке нить ещё остаётся натянутой?

r = 0,5 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Работа и энергияСредняя
50 km/h

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 0,8. Найдите тормозной путь d.

v = 50 km/hμ = 0,8g = 9,81 m/s²
d = m
10.Работа и энергияСложная
h = 2,5 mL = 3 mμ = 0,3k = 2500 N/m

Брусок массой 10 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2,5 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 3 m (μ = 0,3), а затем наезжает на пружину (k = 2500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.

m = 10 kgh = 2,5 mL = 3 mμ = 0,3k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
1 kgv = ?20 gh = 7 cm

Пуля массой 20 g, выпущенная горизонтально, попадает в деревянный брусок массой 1 kg, подвешенный на лёгких нитях, и застревает в нём. Брусок отклоняется и поднимается на 7 cm выше начального положения. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v пули до удара.

m = 20 gM = 1 kgh = 7 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
1800 kgv1​ = ?1400 kg

Автомобиль массой 1800 kg врезается в припаркованный автомобиль массой 1400 kg. Сцепившиеся автомобили скользят 23,5 m до остановки. Коэффициент трения скольжения между шинами и дорогой равен 0,5. Примите g = 9,81 m/s². Найдите скорость v1 первого автомобиля непосредственно перед столкновением.

m1 = 1800 kgm2 = 1400 kgd = 23,5 mμ = 0,5g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
4 kgaαM = 5,5 kgR = 0,5 m

Груз массой 4 kg висит на лёгкой нити, намотанной на блок — однородный сплошной диск массой 5,5 kg и радиусом 0,5 m, вращающийся на гладкой горизонтальной оси. Груз отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.

m = 4 kgM = 5,5 kgR = 0,5 mg = 9,81 m/s²
T = N
14.Вращение твёрдого телаСложная
θ = 10°as = 2 m

сплошной цилиндр катится без проскальзывания по склону, наклонённому под углом 10° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Оно начинает движение из состояния покоя. За какое время t оно прокатится 2 m вниз по склону?

θ = 10°I = ½·m·r²g = 9,81 m/s²s = 2 m
t = s
15.Зубчатые колёса и передачиСредняя
N1​N2​ = ?

Два параллельных вала расположены на расстоянии 100 mm. Их нужно соединить парой прямозубых колёс с модулем 2 mm и передаточным отношением 3 : 1 (понижающая передача). Сколько зубьев N2 должно иметь колесо?

a = 100 mmm = 2 mmi = 3
N2 =
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
d1​ = 120 mmd2​ = 450 mm2880 rpmC = 1200 mmT1​ = 600 NT2​P = ?

Открытый ремень соединяет ведущий шкив 120 mm с частотой 2880 rpm со шкивом 450 mm; расстояние между центрами 1200 mm. Коэффициент трения равен 0,3, а натяжение ведущей ветви не должно превышать 600 N. Найдите наибольшую мощность P, которую ремень может передать без проскальзывания, в kW (центробежными эффектами пренебрегите).

d1 = 120 mmn1 = 2880 rpmd2 = 450 mmC = 1200 mmμ = 0,3T1 = 600 N
P = kW
17.Пружины и маятникиСредняя
L = 1,6 m

Длина математического маятника 1,6 m. Примите g = 9,81 m/s². Найдите его период T при малых колебаниях.

L = 1,6 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Пружины и маятникиСложная
1,3 kgk = 300 N/m

Груз массой 1,3 kg прикрепляют к нижнему концу нерастянутой вертикальной пружины с k = 300 N/m и отпускают без начальной скорости. Примите g = 9,81 m/s². Найдите наибольшее удлинение xmax пружины в cm.

m = 1,3 kgk = 300 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Механические колебанияСредняя
k = 15 kN/mc = 1220 N·s/mm = 100 kg

Груз массой 100 kg опирается на пружину жёсткостью 15 kN/m и вязкий демпфер с коэффициентом демпфирования 1220 N·s/m. Найдите относительный коэффициент демпфирования ζ.

m = 100 kgk = 15 kN/mc = 1220 N·s/m
ζ =
20.Механические колебанияСложная
k1​ = 100k2​ = 30m = 50 kg

Груз массой 50 kg висит на двух пружинах, соединённых друг за другом (последовательно): у верхней k₁ = 100 kN/m, у нижней k₂ = 30 kN/m. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.

m = 50 kgk1 = 100 kN/mk2 = 30 kN/m
fn = Hz

3Растворы

1.Кинематика

Ответ: d = 44,63 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 = 54/3,6 = 15 m/s

Путь за время реакции

d1 = v₀·tr = 15·1,1 = 16,5 m

Тормозной путь

d2 = v₀²/(2a) = 15²/(2·4) = 28,13 m

Итого

d = 16,5 + 28,13 = 44,63 m

Ответ

d = 44,63 m
2.Кинематика

Ответ: hmax = 38,4 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 = 19²/(2·9,81) = 18,4 m

Высота над землёй

hmax = 20 + 18,4 = 38,4 m

Ответ

hmax = 38,4 m
3.Законы Ньютона

Ответ: a = 1,479 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.

Силы вдоль плоскости

Вниз по плоскости — положительное направление.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Ускорение

a = 9,81·(sin 25° − 0,3·cos 25°) = 9,81·(0,4226 − 0,2719) = 1,479 m/s²

Ответ

a = 1,479 m/s²
4.Законы Ньютона

Ответ: T = 57,75 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.

Силы вдоль нити

m₂·g = 78,48 N
m₁·g·sin θ = 23,49 N
μ·m₁·g·cos θ = 16,13 N

Ускорение системы

a = (78,48 − 23,49 − 16,13)/15 = 2,591 m/s²

Натяжение по висящему грузу

m2·g − T = m2·a → T = 8·(9,81 − 2,591) = 57,75 N

Ответ

T = 57,75 N
5.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: θ = 34,9 °

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 = 9,81·75/28² = 0,9385

Угол

2θ = 69,79° → θ = 34,9°

Ответ

θ = 34,9°

Второе решение: 90° − θ = 55,1°.

6.Движение тела, брошенного под углом

Ответ: x = 58,12 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 = 19,92 m/s, vy = 16,71 m/s

Время до падения на крышу

Больший корень: мяч опускается.

7 = 16,71·t − 4,905·t²
t = (16,71 + √(16,71² − 2·9,81·7))/9,81 = 2,918 s

Горизонтальное расстояние

x = vx·t = 19,92·2,918 = 58,12 m

Ответ

x = 58,12 m
7.Движение по окружности

Ответ: vmax = 11,51 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) = √(0,3·9,81·45) = 11,51 m/s

Ответ

vmax = 11,51 m/s (41,43 km/h)
8.Движение по окружности

Ответ: vmin = 2,215 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.

Нулевое натяжение в верхней точке

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·0,5) = 2,215 m/s

Ответ

vmin = 2,215 m/s
9.Работа и энергия

Ответ: d = 12,29 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/(2·0,8·9,81) = 12,29 m

Ответ

d = 12,29 m

При удвоении скорости тормозной путь увеличивается в четыре раза.

10.Работа и энергия

Ответ: x = 35,44 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 = 98,1·(2,5 − 0,3·3) = 157 J

Наибольшее сжатие

½kx² = 157 → x = √(2·157/2500) = 0,3544 m = 35,44 cm

Ответ

x = 35,44 cm
11.Импульс и столкновения

Ответ: v = 59,77 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.

Отклонение после удара

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,07) = 1,172 m/s

Столкновение

m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 1)·1,172/0,02 = 59,77 m/s

Ответ

v = 59,77 m/s
12.Импульс и столкновения

Ответ: v1 = 26,99 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.

Скорость после столкновения

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,5·9,81·23,5) = 15,18 m/s

Импульс при столкновении

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 3200·15,18/1800 = 26,99 m/s

Ответ

v1 = 26,99 m/s
(97,17 km/h)
13.Вращение твёрдого тела

Ответ: T = 15,99 N

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) = 4·9,81/(4 + 2,75) = 5,813 m/s²

Натяжение

T = m·(g − a) = 4·(9,81 − 5,813) = 15,99 N

Ответ

T = 15,99 N
14.Вращение твёрдого тела

Ответ: t = 1,877 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.

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 10°/1,5 = 1,136 m/s²

Время

s = ½·a·t² → t = √(2·2/1,136) = 1,877 s

Ответ

t = 1,877 s
15.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: N2 = 75

Геометрия зубчатых колёс: модуль m задаёт размер зуба. Колесо с N зубьями имеет делительный диаметр d = m·N, два зацепляющихся колеса имеют одинаковый модуль, а их межосевое расстояние a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. Окружная скорость v = π·d·n/60, а окружная сила на зубе следует из момента: Ft = 2T/d.

Суммарное число зубьев

N1 + N2 = 2a/m = 2·100/2 = 100

Делим по передаточному отношению

N1 = 100/(1 + 3) = 25
N2 = 3·25 = 75

Ответ

N2 = 75
16.Зубчатые колёса и передачи

Ответ: P = 6,262 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 = 2,866 rad

Натяжение ведомой ветви

eμθ = e0,8597 = 2,362, T₂ = 600/2,362 = 254 N

Мощность

P = (600 − 254)·18,1 = 6,262 kW

Ответ

P = 6,262 kW
17.Пружины и маятники

Ответ: T = 2,537 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.

Период маятника

T = 2π·√(1,6/9,81) = 2,537 s

Ответ

T = 2,537 s
18.Пружины и маятники

Ответ: xmax = 8,502 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 = 1,3·9,81/300 = 0,04251 m = A

Нижняя точка

xmax = 2A = 0,08502 m = 8,502 cm

Ответ

xmax = 8,502 cm
19.Механические колебания

Ответ: ζ = 0,4981

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·√(15000·100) = 2449 N·s/m

Коэффициент демпфирования

ζ = c/cc = 1220/2449 = 0,4981

Ответ

ζ = 0,4981

ζ < 1, поэтому демпфирование слабое, и система совершает затухающие колебания.

20.Механические колебания

Ответ: fn = 3,419 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.

1/keq = 1/100 + 1/30 → keq = 100·30/(100 + 30) = 23,08 kN/m

Собственная частота

ωn = √(23077/50) = 21,48 rad/s
fn = 21,48/(2π) = 3,419 Hz

Ответ

fn = 3,419 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics