Dinamik: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 20 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Kinematik

Hız
v = v0 + a·t
Yer değiştirme
s = v0·t + ½·a·t²
Zaman olmadan
v² = v0² + 2·a·s
Birimler
1 m/s = 3,6 km/h

Yöntem

  1. Bildiklerinizi birimleriyle listeleyin: v₀, v, a, t ve s.
  2. Üç bilineninizi ve bilinmeyeni içeren denklemi seçin.
  3. Bir pozitif yön seçin ve zıt yöndeki büyüklüklere eksi işareti verin.
  4. Çözün ve cevabın fiziksel olarak anlamlı olduğunu kontrol edin.

Newton yasaları

İkinci yasa
ΣF = m·a
Ağırlık
W = m·g
Kinetik sürtünme
Ff = μ·N
Eğik düzlemde
eğim boyunca: m·g·sin θ, dik: m·g·cos θ

Yöntem

  1. Cisme etkiyen her kuvvetle bir serbest cisim diyagramı çizin.
  2. Hareket boyunca bir pozitif yön seçin.
  3. Kuvvetleri harekete paralel ve dik bileşenlere ayırın (eğimde: boyunca m·g·sin θ, yüzeye doğru m·g·cos θ).
  4. Hareket boyunca ΣF = m·a uygulayın; sürtünme harekete karşı μ·N’dir.

Eğik atış

Bileşenler
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Konum
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Maksimum yükseklik
H = h + vy²/(2g)
Menzil (düz zemin)
R = v0²·sin 2θ/g

Yöntem

  1. Atış hızını bileşenlerine ayırın: vx = v₀·cos θ ve vy = v₀·sin θ.
  2. Yatay hareket sabit hızlıdır; düşey hareketin ivmesi −g’dir.
  3. Uçuş süresini düşey hareketten bulun.
  4. Menzili bulmak için bu süreyi yatay harekette kullanın.

Dairesel hareket

Merkezcil ivme
a = v²/r = ω²·r
Merkezcil kuvvet
F = m·v²/r
Açısal hız
ω = v/r = 2π/T
Düz viraj, sürtünme
vmax = √(μ·g·r)

İş ve enerji

Kinetik enerji
Ek = ½mv²
Potansiyel enerji
Ep = mgh
Enerji denkliği
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Sürtünme işi
W = μ·N·d
Güç
P = W/t

Momentum ve çarpışmalar

Momentum
p = m·v
Korunum
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Tamamen esnek olmayan
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
İtme
J = F·Δt = m·Δv

Yöntem

  1. Bir pozitif yön seçin ve her hıza işaretini verin.
  2. Önceki toplam momentumu yazın: Σm·v.
  3. Tamamen esnek olmayan çarpışmada cisimler sonra birlikte hareket eder; esnek çarpışmada kinetik enerji de korunur.
  4. Önceki momentumu sonraki momentuma eşitleyin ve çözün.

Rijit cismin dönmesi

G’ye göre atalet momentleri
çubuk mL²/12, disk ½mR², halka mR², dolu küre (2/5)mR², içi boş küre (2/3)mR²
Paralel eksen teoremi
I = IG + m·d²
Atalet yarıçapı
I = m·k²
Ucuna göre çubuk
I = mL²/3
Hareket denklemi
ΣM = I·α
rad/s cinsinden hız
ω = 2π·n/60
Kinetik enerji
E = ½·I·ω²
İş ve güç
W = T·θ, P = T·ω
Kaymadan yuvarlanma
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Açısal momentum
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Bir mafsal etrafında çarpma
m·v·d = I·ω

Yöntem

  1. Ekseni seçin: sabit bir mafsal ya da yuvarlanan cisimler için kütle merkezi.
  2. O eksene göre atalet momentini standart sonuçlardan bulun; kaydırılmış eksen için I = IG + m·d² kullanın.
  3. Yöntemi seçin: ivmeler ve kuvvetler için ΣM = I·α, hızlar için enerji (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h), çarpmalar ve ani değişimler için açısal momentum.
  4. Doğrusal ve dönme hareketini v = ω·r ve a = α·r ile bağlayın ve devir/dakikayı rad/s’ye çevirin.

Dişliler ve dişli dizileri

Birbirini kavrayan dişliler
n1·N1 = n2·N2
Tork
T2 = T1·(N2/N1)·η
Güç
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Bileşik dişli dizisi
toplam oran = kademe oranlarının çarpımı

Yaylar ve sarkaçlar

Yaydaki kütle
T = 2π·√(m/k)
Sarkaç
T = 2π·√(L/g)
Açısal frekans
ω = √(k/m) = 2π/T
En büyük hız ve ivme
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Enerji
E = ½·k·A²

Mekanik titreşimler

Doğal frekans
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
Statik çökmeden
ωn = √(g/δst)
Kritik sönüm
cc = 2√(km) = 2mωn
Sönüm oranı
ζ = c/cc
Sönümlü frekans
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Logaritmik azalma
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Paralel yaylar
k = k1 + k2
Seri yaylar
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Alıştırma soruları

1.KinematikOrta
a = 2,5 m/s²s = 1300 m

Bir uçak durgun hâlden başlayıp pist boyunca 2,5 m/s² ile düzgün olarak hızlanıyor. 1300 m sonraki hızı v değerini bulun.

v₀ = 0a = 2,5 m/s²s = 1300 m
v = m/s
2.KinematikZor
a = 26 m/s²

Bir model roket durgun hâlden dik olarak yukarı fırlatılıyor. Motoru ona 1 s boyunca 26 m/s² sabit yukarı ivme veriyor; ardından motor duruyor ve roket serbestçe hareket ediyor. Hava direncini ihmal edin ve g = 9,81 m/s² alın. Roketin ulaştığı en büyük yükseklik hmax değerini bulun.

a = 26 m/s²t1 = 1 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Newton yasalarıOrta
θ = 40°a = ?m = 6 kg

6 kg’lık bir blok, yatayla 40° açı yapan bir eğik düzlemden aşağı kayıyor. Kinetik sürtünme katsayısı 0,1. g = 9,81 m/s² alın. Bloğun eğim boyunca ivmesi a değerini bulun.

m = 6 kgθ = 40°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Newton yasalarıZor
5 kg11 kgTF = 95 Nμ = 0,25

Düz bir zemindeki iki blok hafif yatay bir iple bağlıdır. 95 N’luk yatay bir kuvvet öndeki 11 kg’lık bloğu çekiyor; 5 kg’lık blok arkadan çekiliyor. İki blok için de kinetik sürtünme katsayısı 0,25. g = 9,81 m/s² alın. Bağlantı ipindeki gerilme T değerini bulun.

m1 = 5 kgm2 = 11 kgF = 95 Nμ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Eğik atışOrta
v0​ = 32 m/s35°menzilH = ?

Bir top düz zeminden yatayın 35° üzerinden fırlatılıyor. Hava direncini ihmal edin. Topun ulaştığı en büyük yükseklik H değerini bulun.

v0 = 32 m/sθ = 35°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Eğik atışZor
h = 55 mv0​ = 27 m/s30°x = ?

Bir top 55 m yüksekliğindeki bir uçurumun tepesinden yatayın 30° üzerinden fırlatılıyor. Hava direncini ihmal edin. Top yere çarpmadan önce aldığı yatay mesafe x değerini bulun.

v0 = 27 m/sθ = 30°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Dairesel hareketOrta
r = 2,6 mn = ?

Bir lunapark rotorunda biniciler 2,6 m yarıçaplı düşey bir silindirin duvarına yaslanıyor. Yeterince hızlı döndüğünde zemin aşağı iner ve onları sürtünme tutar. Statik sürtünme katsayısı 0,3. g = 9,81 m/s² alın. En küçük dönme hızı n değerini dakikadaki devir cinsinden bulun.

r = 2,6 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
n = rpm
8.Dairesel hareketZor
r = 0,7 mv = 5 m/s

0,7 m uzunluğunda bir ipe bağlı 1,9 kg’lık bir top düşey bir çember üzerinde döndürülüyor. En alt noktada 5 m/s hızla hareket ediyor. g = 9,81 m/s² alın. En alt noktada ipteki gerilme kuvveti T değerini bulun.

m = 1,9 kgr = 0,7 mv = 5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.İş ve enerjiOrta
15°d = 19 mμ = 0,1

Bir blok, yatayla 15° açı yapan bir eğimden durgun halden kayıyor. Kinetik sürtünme katsayısı 0,1. Eğim boyunca 19 m kaydıktan sonraki hızı v değerini bulun.

θ = 15°μ = 0,1d = 19 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.İş ve enerjiZor
h = 1 mL = 5 mμ = 0,1k = 4000 N/m

5 kg kütleli bir blok, sürtünmesiz bir rampada 1 m yükseklikten durgun halde bırakılıyor. Altta 5 m uzunluğunda pürüzlü yatay bir şeridi (μ = 0,1) geçiyor ve sonra sürtünmesiz bir yüzeyde bir yaya (k = 4000 N/m) çarpıyor. Yayın en büyük sıkışması x değerini bulun.

m = 5 kgh = 1 mL = 5 mμ = 0,1k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Momentum ve çarpışmalarOrta
900 kg19 m/s600 kg

19 m/s hızla giden 900 kg’lık bir otomobil, duran 600 kg’lık bir otomobile çarpıyor ve ikisi birbirine kenetleniyor. Çarpışmada ne kadar kinetik enerji ΔK kaybolur?

m1 = 900 kgv1 = 19 m/sm2 = 600 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Momentum ve çarpışmalarZor
1300 kg20 m/s1700 kg23 m/sθ = ?

Bir kavşakta 20 m/s hızla doğuya giden 1300 kg’lık bir otomobil, 23 m/s hızla kuzeye giden 1700 kg’lık bir otomobille çarpışıyor. Otomobiller birbirine kenetleniyor. Çarpışmadan hemen sonra enkazın doğudan kuzeye doğru ölçülen yönü θ değerini bulun.

m1 = 1300 kgv1 = 20 m/s (E)m2 = 1700 kgv2 = 23 m/s (N)
θ = °
13.Rijit cismin dönmesiOrta
n = 1400 rpmTb​ = 170 N·mI = 3 kg·m²

Atalet momenti 3 kg·m² olan bir volan 1400 devir/dakika ile dönüyor. Bir fren 170 N·m’lik sabit sürtünme torku uyguluyor. Volan durmadan önce kaç devir N yapar?

I = 3 kg·m²n = 1400 rpmTb = 170 N·m
N = rev
14.Rijit cismin dönmesiZor
disk: 17 kghalka: 7 kgn1​ = 1100 rpm

Düzgün dolu bir disk (kütle 17 kg, yarıçap 0,3 m) düşey sürtünmesiz bir mil etrafında 1100 devir/dakika ile serbestçe dönüyor. Kütlesi 7 kg ve aynı yarıçaplı ince bir halka, duruştan, mile ortalanmış biçimde üzerine bırakılıyor ve ikisi hemen birlikte dönüyor. Bu süreçte ne kadar kinetik enerji ΔE kaybolur?

Mdisc = 17 kgMring = 7 kgR = 0,3 mn1 = 1100 rpm
ΔE = J
15.Dişliler ve dişli dizileriOrta
Nw​ = 40z = 4, 1440 rpm

4 ağızlı bir sonsuz vida 1440 rpm ile dönüyor ve 40 dişli bir sonsuz vida çarkını tahrik ediyor. Çarkın hızı nw değerini bulun.

z = 4Nw = 40n = 1440 rpm
nw = rpm
16.Dişliler ve dişli dizileriZor
d1​ = 160 mmd2​ = 315 mm1450 rpmC = 600 mmT1​ = 2000 NT2​P = ?

Açık bir kayış, 1450 rpm ile dönen 160 mm’lik bir tahrik kasnağını 315 mm’lik bir kasnağa bağlıyor; merkezler 600 mm arayla duruyor. Sürtünme katsayısı 0,35 ve gergin taraftaki çekme kuvveti 2000 N’u aşamaz. Kayışın kaymadan iletebileceği en büyük gücü P kW cinsinden bulun (merkezkaç etkilerini yok sayın).

d1 = 160 mmn1 = 1450 rpmd2 = 315 mmC = 600 mmμ = 0,35T1 = 2000 N
P = kW
17.Yaylar ve sarkaçlarOrta
t (s)x (cm)0,15 s

k = 50 N/m olan bir yaydaki 1,2 kg’lık kütle pozitif yönde 15 cm çekiliyor ve t = 0’da durgun hâlden bırakılıyor. t = 0,15 s anında hızı v değerini (işaretiyle) bulun.

m = 1,2 kgk = 50 N/mA = 15 cmt = 0,15 s
v = m/s
18.Yaylar ve sarkaçlarZor
2,1 kgk = 240 N/m

k = 240 N/m olan uzamamış düşey bir yayın alt ucuna 2,1 kg’lık bir kütle bağlanıyor ve durgun hâlden bırakılıyor. g = 9,81 m/s² alın. Kütlenin en büyük hızı vmax değerini bulun.

m = 2,1 kgk = 240 N/mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
19.Mekanik titreşimlerOrta
k = 150 kN/mζ = 0,7m = 8 kg

Rijitliği 150 kN/m olan bir yay üzerindeki 8 kg’lık bir kütlenin, 0,7 sönüm oranı veren viskoz bir sönümleyicisi var. Serbest titreşiminin sönümlü doğal frekansı fd değerini Hz cinsinden bulun.

m = 8 kgk = 150 kN/mζ = 0,7
fd = Hz
20.Mekanik titreşimlerZor
k1​ = 40k2​ = 20k3​ = 40m = 5 kg

5 kg’lık bir kütle k₃ = 40 kN/m yayına asılı. k₃’ün üst ucu, yan yana iki yaya, k₁ = 40 kN/m ve k₂ = 20 kN/m, asılı rijit bir çubuğa bağlıdır; çubuk yatay kalıyor. Sönümü ve yaylarla çubuğun kütlelerini ihmal edin. Düşey titreşimin doğal frekansı fn değerini Hz cinsinden bulun.

m = 5 kgk1 = 40 kN/mk2 = 20 kN/mk3 = 40 kN/m
fn = Hz

3Çözeltiler

1.Kinematik

Cevap: v = 80,62 m/s

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

Mesafe sonundaki hız

v = √(2·a·s) = √(2·2,5·1300) = 80,62 m/s

Cevap

v = 80,62 m/s
(290,2 km/h)
2.Kinematik

Cevap: hmax = 47,45 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

Motorlu evre

v₁ = 26·1 = 26 m/s
h₁ = ½·26·1² = 13 m

Yukarı serbest uçuş

Tepede hız sıfırdır.

Δh = v₁²/(2g) = 26²/(2·9,81) = 34,45 m
hmax = 13 + 34,45 = 47,45 m

Cevap

hmax = 47,45 m
3.Newton yasaları

Cevap: a = 5,554 m/s²

Newton’un ikinci yasası: bir cisme etkiyen net kuvvet, kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir: ΣF = m·a. Bir serbest cisim diyagramı çizin, hareket doğrultusunda bir pozitif yön seçin ve o doğrultudaki tüm kuvvetleri toplayın: uygulanan kuvvetler, harekete karşı koyan μ·N sürtünmesi ve yer çekiminin bileşenleri.

Eğim boyunca kuvvetler

Eğim boyunca aşağı yön pozitiftir.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

İvme

a = 9,81·(sin 40° − 0,1·cos 40°) = 9,81·(0,6428 − 0,0766) = 5,554 m/s²

Cevap

a = 5,554 m/s²
4.Newton yasaları

Cevap: T = 29,69 N

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

Tüm sistem

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (95 − 39,24)/16 = 3,485 m/s²

Yalnızca arkadaki blok

T = m1·(a + μ·g) = 5·(3,485 + 2,453) = 29,69 N

Cevap

T = 29,69 N

İki blokta aynı μ varken sürtünme düşer: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Eğik atış

Cevap: H = 17,17 m

Eğik atış: hava direnci yokken x = vxt ve y = h + vyt − ½gt². İki yön, aynı süreyi paylaşmaları dışında birbirinden bağımsızdır.

Atış hızını bileşenlerine ayırın

Yatay hız sabittir; düşey hareketin aşağı doğru sabit ivmesi g = 9,81 m/s² değerindedir.

vx = v0·cos θ = 32·cos 35° = 26,21 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 35° = 18,35 m/s

En yüksek nokta

Tepede düşey hız sıfırdır: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 18,35²/(2·9,81) = 17,17 m

Cevap

H = 17,17 m
6.Eğik atış

Cevap: x = 116,8 m

Eğik atış: hava direnci yokken x = vxt ve y = h + vyt − ½gt². İki yön, aynı süreyi paylaşmaları dışında birbirinden bağımsızdır.

Atış hızını bileşenlerine ayırın

Yatay hız sabittir; düşey hareketin aşağı doğru sabit ivmesi g = 9,81 m/s² değerindedir.

vx = v0·cos θ = 27·cos 30° = 23,38 m/s
vy = v0·sin θ = 27·sin 30° = 13,5 m/s

Havada kalma süresi

y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 denklemini pozitif kök için çözün.

0 = 55 + 13,5·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,5 + √(182,2 + 1079))/9,81 = 4,996 s

Yatay mesafe

x = vx·t = 23,38·4,996 = 116,8 m

Cevap

x = 116,8 m
7.Dairesel hareket

Cevap: n = 33,87 rpm

Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.

Biniciye etkiyen kuvvetler

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

Açısal hız

ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,3·2,6)) = 3,546 rad/s

Dönme hızı

n = ω·60/(2π) = 33,87 rpm

Cevap

n = 33,87 rpm
8.Dairesel hareket

Cevap: T = 86,5 N

Düzgün dairesel hareket: r yarıçaplı bir çember üzerinde v hızıyla hareket eden bir cisim merkeze doğru a = v²/r ivmesiyle ivmelenir; bu yüzden içe doğru F = m·v²/r net kuvvetine ihtiyaç duyar. Bu kuvveti gerçek bir etki sağlar: sürtünme, ip gerilmesi, yer çekimi ya da normal kuvvet.

En alt noktadaki kuvvetler

Merkeze doğru (yukarı) yön pozitiftir.

T − m·g = m·v²/r
T = 1,9·9,81 + 1,9·5²/0,7 = 18,64 + 67,86 = 86,5 N

Cevap

T = 86,5 N
9.İş ve enerji

Cevap: v = 7,777 m/s

İş–enerji ilkesi: kinetik enerjideki değişim tüm kuvvetlerin işine eşittir. Yer çekimi ve yayları potansiyel enerji (mgh ve ½kx²) olarak yazmak bunu bir denkliğe çevirir: ilk enerji = son enerji + sürtünmeyle kaybedilen enerji (μN·d).

Eğim boyunca enerji denkliği

Blok d·sin θ kadar alçalırken sürtünme μmg·cos θ·d kadar enerji alır. Kütle sadeleşir.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·19·(0,2588 − 0,1·0,9659)) = 7,777 m/s

Cevap

v = 7,777 m/s
10.İş ve enerji

Cevap: x = 11,07 cm

İş–enerji ilkesi: kinetik enerjideki değişim tüm kuvvetlerin işine eşittir. Yer çekimi ve yayları potansiyel enerji (mgh ve ½kx²) olarak yazmak bunu bir denkliğe çevirir: ilk enerji = son enerji + sürtünmeyle kaybedilen enerji (μN·d).

Pürüzlü şeritten sonra kalan enerji

Rampa sürtünmesizdir, bu yüzden enerjiyi yalnızca şerit alır.

mgh − μmgL = 49,05·(1 − 0,1·5) = 24,53 J

En büyük sıkışma

½kx² = 24,53 → x = √(2·24,53/4000) = 0,1107 m = 11,07 cm

Cevap

x = 11,07 cm
11.Momentum ve çarpışmalar

Cevap: ΔK = 64980 J

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Ortak hız

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 900·19/1500 = 11,4 m/s

Önceki ve sonraki kinetik enerji

Kbefore = ½·900·19² = 162450 J
Kafter = ½·1500·11,4² = 97470 J

Kaybolan enerji

ΔK = 162450 − 97470 = 64980 J

Cevap

ΔK = 64980 J

Kaybolan enerji şekil değiştirmeye, ısıya ve sese gider.

12.Momentum ve çarpışmalar

Cevap: θ = 56,38 °

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

Momentum bileşenleri

px = 1300·20 = 26000 kg·m/s
py = 1700·23 = 39100 kg·m/s

Yön

tan θ = py/px = 1,504 → θ = 56,38°

Cevap

θ = 56,38°
13.Rijit cismin dönmesi

Cevap: N = 30,18 rev

Rotation about a fixed axis: the sum of the moments about the axis equals I·α (ΣM = I·α), just as ΣF = m·a for translation. In energy form, a torque T turning through an angle θ (in radians) does work T·θ, which changes the kinetic energy ½·I·ω²; gravity adds or removes m·g·Δh of the centre of mass. Power is P = T·ω.

Açısal hız

ω = 2π·1400/60 = 146,6 rad/s

Frenin işi kinetik enerjiye eşittir

½·I·ω² = ½·3·146,6² = 32241 J
θ = 32241/170 = 189,7 rad

Devir sayısı

N = θ/2π = 30,18 rev

Cevap

N = 30,18 rev
14.Rijit cismin dönmesi

Cevap: ΔE = 2292 J

Rolling and angular momentum: a body rolling without slipping has v = ω·r, so its kinetic energy is ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Down a slope that gives a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). When no external moment acts about an axis, the angular momentum about that axis stays constant, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, even if kinetic energy is lost.

Atalet momentleri

I1 = ½·17·0,3² = 0,765 kg·m²
I2 = 7·0,3² = 0,63 kg·m²

Açısal momentumun korunumu

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 1100·0,765/1,395 = 603,2 rpm

Önceki ve sonraki kinetik enerji

E1 = ½·0,765·115,2² = 5075 J
E2 = ½·1,395·63,17² = 2783 J
ΔE = 5075 − 2783 = 2292 J

Cevap

ΔE = 2292 J
15.Dişliler ve dişli dizileri

Cevap: nw = 144 rpm

Gear trains: meshing gears have the same speed at the teeth, so n₁·N₁ = n₂·N₂: the gear with fewer teeth turns faster. Gears on one shaft turn at the same speed. Power is passed on (minus losses), so torque goes up when speed goes down: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, and P = T·ω with ω = 2π·n/60.

Çark hızı

nw = n·z/Nw = 1440·4/40 = 144 rpm

Cevap

nw = 144 rpm
16.Dişliler ve dişli dizileri

Cevap: P = 15,44 kW

Kayış-kasnak sürücüleri: kayma olmadığında iki kasnağın çevre hızı aynıdır, v = π·d·n/60; dolayısıyla n₁·d₁ = n₂·d₂ ve hız oranı d₂/d₁’dir. s kayması, tahrik edilen kasnağı biraz yavaşlatır: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). İletilen güç P = (T₁ − T₂)·v’dir; T₁ gergin taraftaki, T₂ gevşek taraftaki çekme kuvvetidir. Sürtünme gerilmelerin oranını sınırlar: T₁/T₂ = eμθ; burada θ, küçük kasnaktaki sarılma açısıdır (radyan cinsinden); açık bir kayış için θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)), C eksenler arası uzaklıktır.

Sarılma açısı

θ = 2,883 rad

Gevşek taraftaki çekme kuvveti

eμθ = e1,009 = 2,743, T₂ = 2000/2,743 = 729,2 N

Güç

P = (2000 − 729,2)·12,15 = 15,44 kW

Cevap

P = 15,44 kW
17.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: v = −0,7977 m/s

Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².

Açısal frekans

ω = √(50/1,2) = 6,455 rad/s
ω·t = 6,455·0,15 = 0,9682 rad

Hız

v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,15·6,455·sin(0,9682) = −0,7977 m/s

Cevap

v = −0,7977 m/s
18.Yaylar ve sarkaçlar

Cevap: vmax = 0,9176 m/s

Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².

Denge ve genlik

x₀ = m·g/k = 2,1·9,81/240 = 0,08584 m = A

En büyük hız

Hız dengede en büyüktür.

ω = √(240/2,1) = 10,69 rad/s
vmax = A·ω = 0,08584·10,69 = 0,9176 m/s

Cevap

vmax = 0,9176 m/s
19.Mekanik titreşimler

Cevap: fd = 15,56 Hz

Kütle–yay sisteminin serbest titreşimi: sönümsüz doğal frekans rad/s cinsinden ωn = √(k/m) ve Hz cinsinden fn = ωn/(2π)’dir. Viskoz bir sönümleyici c, ζ = c/cc sönüm oranını verir; kritik sönüm cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn’dir. Az sönümlü bir sistem (ζ < 1) ωd = ωn·√(1 − ζ²) ile salınır. Paralel yaylar toplanır, k = k₁ + k₂; seri yaylar tersleriyle toplanır, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Sönümsüz doğal frekans

ωn = √(150000/8) = 136,9 rad/s
fn = 136,9/(2π) = 21,79 Hz

Sönümlü doğal frekans

fd = fn·√(1 − ζ²) = 21,79·√(1 − 0,7²) = 15,56 Hz

Cevap

fd = 15,56 Hz
20.Mekanik titreşimler

Cevap: fn = 11,03 Hz

Kütle–yay sisteminin serbest titreşimi: sönümsüz doğal frekans rad/s cinsinden ωn = √(k/m) ve Hz cinsinden fn = ωn/(2π)’dir. Viskoz bir sönümleyici c, ζ = c/cc sönüm oranını verir; kritik sönüm cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn’dir. Az sönümlü bir sistem (ζ < 1) ωd = ωn·√(1 − ζ²) ile salınır. Paralel yaylar toplanır, k = k₁ + k₂; seri yaylar tersleriyle toplanır, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Eşdeğer rijitlik

Yalnızca k1 ve k2 paraleldir. Bu çift k3 ile seridir, bu yüzden onları tersleriyle birleştirin.

k12 = 40 + 20 = 60 kN/m
keq = 60·40/(60 + 40) = 24 kN/m

Doğal frekans

ωn = √(24000/5) = 69,28 rad/s
fn = 69,28/(2π) = 11,03 Hz

Cevap

fn = 11,03 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics