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 108 km/h, тормозит с постоянным замедлением 4 m/s² до полной остановки. Найдите тормозной путь s.
v₀ = 108 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
2.КинематикаСложная
Мяч бросают вертикально вверх со скоростью 13 m/s с края крыши на высоте 35 m над землёй. Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 9,81 m/s². Через какое время после броска он упадёт на землю? Найдите t.
v₀ = 13 m/sh₀ = 35 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Законы НьютонаСредняя
Брусок массой 11 kg скользит вниз по гладкой наклонной плоскости под углом 20° к горизонту. Примите g = 9,81 m/s². Найдите ускорение a бруска вдоль плоскости.
m = 11 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Законы НьютонаСложная
Брусок массой 5,5 kg на горизонтальном столе соединён лёгкой нитью, перекинутой через блок без трения, с подвешенным грузом массой 5,5 kg. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом 0,2. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити.
m1 = 5,5 kgm2 = 5,5 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Движение тела, брошенного под угломСредняя
Мяч бросают под углом 30° к горизонту с ровной поверхности. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите горизонтальное расстояние x, которое мяч пролетает до удара о землю.
v0 = 24 m/sθ = 30°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Движение тела, брошенного под угломСложная
Мяч бросают под углом 15° к горизонту с вершины скалы высотой 5 m. Сопротивлением воздуха пренебречь. Найдите время полёта t до удара мяча о землю.
v0 = 17 m/sθ = 15°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Движение по окружностиСредняя
Автомобиль проходит горизонтальный поворот радиусом 70 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 = 70 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Движение по окружностиСложная
Шарик массой 0,4 kg на нити длиной 1,1 m вращают по вертикальной окружности. В нижней точке его скорость 4,5 m/s. Примите g = 9,81 m/s². Найдите силу натяжения T нити в нижней точке.
m = 0,4 kgr = 1,1 mv = 4,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Работа и энергияСредняя
Брусок массой 0,5 kg скользит 3 m по наклонной плоскости под углом 30° к горизонту с коэффициентом трения скольжения 0,35. Найдите работу Wf против силы трения.
m = 0,5 kgθ = 30°μ = 0,35d = 3 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Работа и энергияСложная
Брусок массой 0,5 kg отпускают без начальной скорости на высоте 2 m на гладкой рампе. Внизу он пересекает шероховатую горизонтальную полосу длиной 1,5 m (μ = 0,3), а затем наезжает на пружину (k = 500 N/m) на гладкой поверхности. Найдите наибольшее сжатие x пружины.
m = 0,5 kgh = 2 mL = 1,5 mμ = 0,3k = 500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Импульс и столкновенияСредняя
Снаряд массой 17 kg, движущийся горизонтально со скоростью 27 m/s, разрывается на два осколка, движущихся вдоль той же прямой. Осколок массой 14 kg продолжает движение вперёд со скоростью 45 m/s. Найдите скорость v′2 осколка массой 3 kg (положительна в исходном направлении).
M = 17 kgu = 27 m/sm1 = 14 kgv′1 = 45 m/sm2 = 3 kg
v′2 = m/s
12.Импульс и столкновенияСложная
Мяч массой 0,2 kg ударяется о стену со скоростью 22 m/s и отскакивает прямо назад со скоростью 17 m/s. Контакт длится 25 ms. Найдите модуль импульса силы J, который стена сообщает мячу.
m = 0,2 kgvin = 22 m/svout = 17 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
13.Вращение твёрдого телаСредняя
Маховик с моментом инерции 15,5 kg·m² вращается с частотой 1200 rpm. Тормоз создаёт постоянный момент трения 15 N·m. Сколько оборотов N сделает маховик до остановки?
I = 15,5 kg·m²n = 1200 rpmTb = 15 N·m
N = rev
14.Вращение твёрдого телаСложная
Человек стоит на поворотном круге без трения и держит в каждой руке гантель массой 4,5 kg на расстоянии 0,9 m от оси. Человек вместе с кругом имеют момент инерции 3,5 kg·m² относительно оси. Они вращаются с частотой 40 rpm, затем человек приближает гантели к оси до расстояния 0,35 m. Считайте гантели точечными массами. Найдите новую частоту вращения n2 в rpm.
Червяк с числом заходов 3 вращается с частотой 1450 rpm и приводит червячное колесо с 80 зубьями. Найдите частоту вращения nw колеса.
z = 3Nw = 80n = 1450 rpm
nw = rpm
16.Зубчатые колёса и передачиСложная
Открытый ремень соединяет ведущий шкив 125 mm с частотой 1500 rpm со шкивом 300 mm; расстояние между центрами 500 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).
Астронавт на другой планете обнаруживает, что математический маятник длиной 0,5 m имеет период малых колебаний 1,33 s. Найдите ускорение свободного падения g на этой планете.
L = 0,5 mT = 1,33 s
g = m/s²
18.Пружины и маятникиСложная
Груз массой 4 kg на пружине с k = 460 N/m оттягивают на 19 cm от положения равновесия и отпускают. Найдите его наибольшее ускорение amax.
m = 4 kgk = 460 N/mA = 19 cm
amax = m/s²
19.Механические колебанияСредняя
Груз массой 40 kg на пружине жёсткостью 150 kN/m снабжён вязким демпфером, дающим коэффициент демпфирования 0,45. Найдите частоту fd его свободных затухающих колебаний в Hz.
m = 40 kgk = 150 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Механические колебанияСложная
Груз массой 40 kg висит на двух пружинах, расположенных рядом (параллельно), с жёсткостями k₁ = 10 kN/m и k₂ = 20 kN/m. Груз остаётся горизонтальным. Пренебрегите демпфированием и массами пружин. Найдите собственную частоту fn вертикальных колебаний в Hz.
m = 40 kgk1 = 10 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz
3Растворы
1.Кинематика
Ответ: s = 112,5 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.
Единицы
v₀ = 108/3,6 = 30 m/s
Тормозной путь
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 30²/(2·4) = 112,5 m
Ответ
s = 112,5 m
2.Кинематика
Ответ: t = 4,307 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.
−35 = 13·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 13·t − 35 = 0
Решите квадратное уравнение
Физический смысл имеет только положительный корень.
t = (13 + √(13² + 2·9,81·35))/9,81 = 4,307 s
Ответ
t = 4,307 s
3.Законы Ньютона
Ответ: a = 3,355 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.
Разложите начальную скорость
Горизонтальная скорость постоянна; вертикальное движение имеет постоянное ускорение g = 9,81 m/s² вниз.
vx = v0·cos θ = 24·cos 30° = 20,78 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 30° = 12 m/s
Время полёта
Старт и приземление на одной высоте: t = 2vy/g.
t = 2·12/9,81 = 2,446 s
Горизонтальное расстояние
x = vx·t = 20,78·2,446 = 50,85 m
Ответ
x = 50,85 m
6.Движение тела, брошенного под углом
Ответ: t = 1,553 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 = 17·cos 15° = 16,42 m/s
vy = v0·sin θ = 17·sin 15° = 4,4 m/s
Время полёта
Решите y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 и возьмите положительный корень.
0 = 5 + 4,4·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (4,4 + √(19,36 + 98,1))/9,81 = 1,553 s
Ответ
t = 1,553 s
7.Движение по окружности
Ответ: vmax = 16,57 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) = √(0,4·9,81·70) = 16,57 m/s
Ответ
vmax = 16,57 m/s (59,66 km/h)
8.Движение по окружности
Ответ: T = 11,29 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 = 0,4·9,81 + 0,4·4,5²/1,1 = 3,924 + 7,364 = 11,29 N
Ответ
T = 11,29 N
9.Работа и энергия
Ответ: Wf = 4,46 J
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).
Сила трения
N = mg·cos θ = 4,905·0,866 = 4,248 N
F = μN = 0,35·4,248 = 1,487 N
Работа против трения
Wf = F·d = 1,487·3 = 4,46 J
Ответ
Wf = 4,46 J
10.Работа и энергия
Ответ: x = 17,44 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 = 4,905·(2 − 0,3·1,5) = 7,603 J
Наибольшее сжатие
½kx² = 7,603 → x = √(2·7,603/500) = 0,1744 m = 17,44 cm
Ответ
x = 17,44 cm
11.Импульс и столкновения
Ответ: v′2 = −57 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 = 17·27 = 459 kg·m/s
Импульс после удара
459 = 14·45 + 3·v′2
v′2 = (459 − 630)/3 = −57 m/s
Ответ
v′2 = −57 m/s
Знак минус означает, что второй осколок летит назад.
12.Импульс и столкновения
Ответ: J = 7,8 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 = 0,2·(17 + 22) = 7,8 N·s
Ответ
J = 7,8 N·s
13.Вращение твёрдого тела
Ответ: N = 1299 rev
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.
Угловая скорость
ω = 2π·1200/60 = 125,7 rad/s
Работа тормоза равна кинетической энергии
½·I·ω² = ½·15,5·125,7² = 122383 J
θ = 122383/15 = 8159 rad
Обороты
N = θ/2π = 1299 rev
Ответ
N = 1299 rev
14.Вращение твёрдого тела
Ответ: n2 = 93,78 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 = 3,5 + 2·4,5·0,9² = 10,79 kg·m²
I2 = 3,5 + 2·4,5·0,35² = 4,603 kg·m²
Закон сохранения момента импульса
n2 = n1·I1/I2 = 40·10,79/4,603 = 93,78 rpm
Ответ
n2 = 93,78 rpm
Кинетическая энергия возрастает: дополнительная энергия берётся из работы человека, придвигающего гантели.
15.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: nw = 54,38 rpm
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.
Частота вращения колеса
nw = n·z/Nw = 1450·3/80 = 54,38 rpm
Ответ
nw = 54,38 rpm
16.Зубчатые колёса и передачи
Ответ: P = 3,34 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 = 2,79 rad
Натяжение ведомой ветви
eμθ = e0,8369 = 2,309, T₂ = 600/2,309 = 259,8 N
Мощность
P = (600 − 259,8)·9,817 = 3,34 kW
Ответ
P = 3,34 kW
17.Пружины и маятники
Ответ: g = 11,16 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.
Находим g
g = 4π²·L/T² = 4π²·0,5/1,33² = 11,16 m/s²
Ответ
g = 11,16 m/s²
18.Пружины и маятники
Ответ: amax = 21,85 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 = √(460/4) = 10,72 rad/s
Наибольшее ускорение
amax = A·ω² = 0,19·10,72² = 21,85 m/s²
Ответ
amax = 21,85 m/s²
19.Механические колебания
Ответ: fd = 8,704 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 = √(150000/40) = 61,24 rad/s
fn = 61,24/(2π) = 9,746 Hz
Частота затухающих колебаний
fd = fn·√(1 − ζ²) = 9,746·√(1 − 0,45²) = 8,704 Hz
Ответ
fd = 8,704 Hz
20.Механические колебания
Ответ: fn = 4,359 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
Расположенные рядом пружины имеют одинаковую деформацию, а их силы складываются, поэтому жёсткости просто складываются: k = k1 + k2.