Динаміка: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 20 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Кінематика

Швидкість
v = v0 + a·t
Переміщення
s = v0·t + ½·a·t²
Без часу
v² = v0² + 2·a·s
Одиниці
1 m/s = 3,6 km/h

Метод

  1. Випишіть, що відомо: v₀, v, a, t і s, з одиницями.
  2. Оберіть рівняння, що містить три відомі величини й невідому.
  3. Оберіть один додатний напрямок і протилежно напрямленим величинам дайте знак мінус.
  4. Розв’яжіть і перевірте, чи відповідь фізично розумна.

Закони Ньютона

Другий закон
ΣF = m·a
Вага
W = m·g
Тертя ковзання
Ff = μ·N
На похилій площині
уздовж: m·g·sin θ, по нормалі: m·g·cos θ

Метод

  1. Накресліть розрахункову схему з усіма силами, що діють на тіло.
  2. Оберіть додатний напрямок уздовж руху.
  3. Розкладіть сили на складові вздовж руху й перпендикулярно до нього (на похилій площині: m·g·sin θ уздовж, m·g·cos θ перпендикулярно до площини).
  4. Застосуйте ΣF = m·a уздовж руху; тертя μ·N напрямлене проти руху.

Рух тіла, кинутого під кутом

Складові
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Положення
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Максимальна висота
H = h + vy²/(2g)
Дальність (рівна поверхня)
R = v0²·sin 2θ/g

Метод

  1. Розкладіть початкову швидкість на складові: vx = v₀·cos θ і vy = v₀·sin θ.
  2. Горизонтальний рух відбувається зі сталою швидкістю; вертикальний — з прискоренням −g.
  3. Знайдіть час польоту з вертикального руху.
  4. Підставте цей час у горизонтальний рух, щоб знайти дальність.

Рух по колу

Доцентрове прискорення
a = v²/r = ω²·r
Доцентрова сила
F = m·v²/r
Кутова швидкість
ω = v/r = 2π/T
Горизонтальний поворот, тертя
vmax = √(μ·g·r)

Робота й енергія

Кінетична енергія
Ek = ½mv²
Потенціальна енергія
Ep = mgh
Енергетичний баланс
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Робота сили тертя
W = μ·N·d
Потужність
P = W/t

Імпульс і зіткнення

Імпульс
p = m·v
Збереження
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Абсолютно непружний удар
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Імпульс сили
J = F·Δt = m·Δv

Метод

  1. Оберіть додатний напрямок і дайте кожній швидкості її знак.
  2. Запишіть сумарний імпульс до зіткнення: Σm·v.
  3. При абсолютно непружному зіткненні тіла після нього рухаються разом; при пружному зберігається також кінетична енергія.
  4. Прирівняйте імпульс до зіткнення до імпульсу після й розв’яжіть.

Обертання твердого тіла

Моменти інерції відносно G
стрижень mL²/12, диск ½mR², кільце mR², суцільна куля (2/5)mR², порожниста куля (2/3)mR²
Теорема про паралельне перенесення осей
I = IG + m·d²
Радіус інерції
I = m·k²
Стрижень відносно кінця
I = mL²/3
Рівняння руху
ΣM = I·α
Швидкість у rad/s
ω = 2π·n/60
Кінетична енергія
E = ½·I·ω²
Робота й потужність
W = T·θ, P = T·ω
Кочення без проковзування
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Момент імпульсу
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Удар відносно шарніра
m·v·d = I·ω

Метод

  1. Виберіть вісь: нерухомий шарнір або центр мас для тіл, що котяться.
  2. Знайдіть момент інерції відносно цієї осі за стандартними результатами, застосовуючи I = IG + m·d² для зсуненої осі.
  3. Виберіть метод: ΣM = I·α для прискорень і сил, енергію (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) для швидкостей, момент імпульсу для ударів і раптових змін.
  4. Пов’яжіть лінійний і кутовий рух за допомогою v = ω·r та a = α·r і переведіть rpm у rad/s.

Зубчасті колеса й передачі

Зачеплення коліс
n1·N1 = n2·N2
Крутний момент
T2 = T1·(N2/N1)·η
Потужність
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Багатоступенева передача
загальне передаточне відношення = добуток передаточних відношень ступенів

Пружини й маятники

Вантаж на пружині
T = 2π·√(m/k)
Маятник
T = 2π·√(L/g)
Кутова частота
ω = √(k/m) = 2π/T
Найбільші швидкість і прискорення
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Енергія
E = ½·k·A²

Механічні коливання

Власна частота
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
Зі статичного прогину
ωn = √(g/δst)
Критичне демпфування
cc = 2√(km) = 2mωn
Коефіцієнт демпфування
ζ = c/cc
Частота загасаючих коливань
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Логарифмічний декремент
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Пружини паралельно
k = k1 + k2
Пружини послідовно
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Задачі для практики

1.КінематикаСередня
t (s)v (m/s)3,125 s25

Автомобіль, що їде зі швидкістю 90 km/h, гальмує зі сталим сповільненням 8 m/s² до повної зупинки. Знайдіть гальмівний шлях s.

v₀ = 90 km/ha = −8 m/s²v = 0
s = m
2.КінематикаСкладна
t (s)v (m/s)4 s

Трамвай рушає з місця й розганяється з прискоренням 1 m/s² протягом 4 s, потім їде зі сталою швидкістю 7 s і нарешті гальмує з прискоренням 3 m/s² до зупинки. Знайдіть повну відстань s між двома зупинками.

a1 = 1 m/s²t1 = 4 st2 = 7 sa3 = −3 m/s²
s = m
3.Закони НьютонаСередня
5 kg15°F = 40 Nμ = 0,1

Санки масою 5 kg тягнуть рівним снігом за мотузку під кутом 15° над горизонталлю із силою 40 N. Коефіцієнт тертя ковзання 0,1. Прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть прискорення a санок.

m = 5 kgF = 40 Nθ = 15°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Закони НьютонаСкладна
m1​ = 7 kg7 kgθ = 35°

Брусок масою 7 kg на похилій площині з кутом 35° з’єднаний легкою ниткою, перекинутою через блок без тертя на вершині площини, з підвішеним вантажем масою 7 kg. Підвішений вантаж рухається вниз. Тертя на похилій площині відсутнє. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть силу натягу T нитки.

m1 = 7 kgm2 = 7 kgθ = 35°μ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Рух тіла, кинутого під кутомСередня
v0​ = ?30°R = 40 m

М’яч кидають з рівної землі під кутом 30° над горизонталлю, і він падає на відстані 40 m. Нехтуйте опором повітря й прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть початкову швидкість v0.

θ = 30°R = 40 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Рух тіла, кинутого під кутомСкладна
h = 20 mv0​ = 32 m/s15°x = ?

М’яч кидають під кутом 15° до горизонту з вершини скелі висотою 20 m. Опором повітря знехтуйте. Знайдіть горизонтальну відстань x, яку м’яч пролітає до удару об землю.

v0 = 32 m/sθ = 15°h = 20 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Рух по колуСередня
r = 50 mvmax​ = ?

Автомобіль проходить горизонтальний поворот радіусом 50 m. Коефіцієнт тертя спокою між шинами й дорогою 0,8. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть найбільшу швидкість vmax, з якою автомобіль може пройти поворот без заносу.

r = 50 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Рух по колуСкладна
r = 1,1 m12 m/svtop​ = ?

Кульку масою 2 kg на легкій нитці завдовжки 1,1 m обертають по вертикальному колу. У найнижчій точці її швидкість 12 m/s. Нехтуйте опором повітря й прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть силу натягу Ttop нитки в найвищій точці.

m = 2 kgr = 1,1 mvbottom = 12 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Робота й енергіяСередня
35°d = 4 mμ = 0,3

Брусок масою 4 kg ковзає 4 m похилою площиною під кутом 35° до горизонту з коефіцієнтом тертя ковзання 0,3. Знайдіть роботу Wf проти сили тертя.

m = 4 kgθ = 35°μ = 0,3d = 4 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Робота й енергіяСкладна
h = 3,5 mL = 4,5 mμ = 0,15k = 4000 N/m

Брусок масою 1 kg відпускають без початкової швидкості на висоті 3,5 m на гладкій рампі. Унизу він перетинає шорстку горизонтальну смугу довжиною 4,5 m (μ = 0,15), а потім натрапляє на пружину (k = 4000 N/m) на гладкій поверхні. Знайдіть найбільше стиснення x пружини.

m = 1 kgh = 3,5 mL = 4,5 mμ = 0,15k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Імпульс і зіткненняСередня
4,5 kg3 m/s3 kg

Візок масою 4,5 kg, що рухається зі швидкістю 3 m/s, зазнає абсолютно пружного центрального удару з нерухомим візком масою 3 kg на доріжці без тертя. Знайдіть швидкість v′2 другого візка після зіткнення.

m1 = 4,5 kgm2 = 3 kgv1 = 3 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Імпульс і зіткненняСкладна
4 kgv = ?12 g30°L = 2 m

Куля масою 12 g, випущена горизонтально, влучає в брусок масою 4 kg, підвішений на легких нитках завдовжки 2 m, і застрягає в ньому. Нитки відхиляються на найбільший кут 30° від вертикалі. Прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть швидкість v кулі до удару.

m = 12 gM = 4 kgL = 2 mθ = 30°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Обертання твердого тілаСередня
n = 2100 rpmTb​ = 180 N·mI = 35 kg·m²

Маховик із моментом інерції 35 kg·m² обертається з частотою 2100 rpm. Гальмо створює сталий момент тертя 180 N·m. Скільки обертів N зробить маховик до зупинки?

I = 35 kg·m²n = 2100 rpmTb = 180 N·m
N = rev
14.Обертання твердого тілаСкладна
θ = 35°vs = 3 m

суцільний циліндр починає рух зі стану спокою й котиться без проковзування по схилу, нахиленому під кутом 35° до горизонту. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть його швидкість v після того, як він прокотиться 3 m вздовж схилу.

θ = 35°s = 3 mI = ½·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Зубчасті колеса й передачіСередня
N1​ = 16N2​ = 40

Двигун потужністю 1,1 kW із частотою обертання 1500 rpm приводить шестірню з кількістю зубців 16, яка перебуває в зачепленні з колесом з кількістю зубців 40. Втратами знехтуйте. Знайдіть вихідний крутний момент T2 на валу колеса.

P = 1,1 kWn1 = 1500 rpmN1 = 16N2 = 40η = 100%
T2 = N·m
16.Зубчасті колеса й передачіСкладна
A = 50B = 60C = 18D = 30

У багатоступеневій зубчастій передачі колесо A (50 зуб.) на вхідному валу обертається з частотою 1440 rpm і приводить колесо B (60 зуб.). Колесо C (18 зуб.) закріплене на одному валу з B і приводить колесо D (30 зуб.) на вихідному валу. Знайдіть вихідну частоту обертання nout.

nin = 1440 rpmA = 50B = 60C = 18D = 30
nout = rpm
17.Пружини й маятникиСередня
L = 3 m

Довжина математичного маятника 3 m. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть його період T для малих коливань.

L = 3 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Пружини й маятникиСкладна
2,8 kgk = 320 N/mA = 14 cm

Вантаж масою 2,8 kg на пружині з k = 320 N/m відтягують на 14 cm від положення рівноваги й відпускають. Знайдіть його найбільшу швидкість vmax.

m = 2,8 kgk = 320 N/mA = 14 cm
vmax = m/s
19.Механічні коливанняСередня
tx40 mm1 цикл31,1 mm

Під час випробування вільними коливаннями демпфованої системи маса–пружина за піком переміщення 40 mm через один цикл іде пік 31,1 mm. Знайдіть коефіцієнт демпфування ζ.

x0 = 40 mmx1 = 31,1 mmn = 1
ζ =
20.Механічні коливанняСкладна
k1​ = 40k2​ = 15m = 25 kg

Маса 25 kg висить на двох пружинах поруч (паралельно) з жорсткостями k₁ = 40 kN/m і k₂ = 15 kN/m. Маса залишається горизонтальною. Знехтуйте демпфуванням і масами пружин. Знайдіть власну частоту fn вертикальних коливань у Hz.

m = 25 kgk1 = 40 kN/mk2 = 15 kN/m
fn = Hz

3Розчини

1.Кінематика

Відповідь: s = 39,06 m

Рух зі сталим прискоренням: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² і v² = v₀² + 2·a·s. Виберіть рівняння, до якого входять три відомі величини й шукана, і стежте за знаками відносно одного додатного напрямку.

Одиниці

v₀ = 90/3,6 = 25 m/s

Гальмівний шлях

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 25²/(2·8) = 39,06 m

Відповідь

s = 39,06 m
2.Кінематика

Відповідь: s = 38,67 m

Рух зі сталим прискоренням: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² і v² = v₀² + 2·a·s. Виберіть рівняння, до якого входять три відомі величини й шукана, і стежте за знаками відносно одного додатного напрямку.

Найбільша швидкість

v = a1·t1 = 1·4 = 4 m/s

Шлях на кожному етапі

s1 = ½·1·4² = 8 m
s2 = 4·7 = 28 m
s3 = 4²/(2·3) = 2,667 m

Повна відстань

s = 8 + 28 + 2,667 = 38,67 m

Відповідь

s = 38,67 m
3.Закони Ньютона

Відповідь: a = 6,953 m/s²

Другий закон Ньютона: рівнодійна сил, що діють на тіло, дорівнює добутку його маси на прискорення, ΣF = m·a. Накресліть розрахункову схему, виберіть додатний напрямок уздовж руху й додайте всі сили в цьому напрямку: прикладені сили, тертя μ·N проти руху та складові сили тяжіння.

Сила нормальної реакції

N = m·g − F·sin θ = 49,05 − 40·sin 15° = 38,7 N

Горизонтальні сили

m·a = F·cos θ − μ·N = 38,64 − 3,87
a = 34,77/5 = 6,953 m/s²

Відповідь

a = 6,953 m/s²
4.Закони Ньютона

Відповідь: T = 54,03 N

Другий закон Ньютона: рівнодійна сил, що діють на тіло, дорівнює добутку його маси на прискорення, ΣF = m·a. Накресліть розрахункову схему, виберіть додатний напрямок уздовж руху й додайте всі сили в цьому напрямку: прикладені сили, тертя μ·N проти руху та складові сили тяжіння.

Сили вздовж нитки

m₂·g = 68,67 N
m₁·g·sin θ = 39,39 N
μ·m₁·g·cos θ = 0 N

Прискорення системи

a = (68,67 − 39,39 − 0)/14 = 2,092 m/s²

Сила натягу з рівняння для підвішеного вантажу

m2·g − T = m2·a → T = 7·(9,81 − 2,092) = 54,03 N

Відповідь

T = 54,03 N
5.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: v0 = 21,29 m/s

Рух тіла, кинутого під кутом: без опору повітря x = vxt і y = h + vyt − ½gt². Обидва напрями незалежні, їх пов’язує лише спільний час.

Виразіть v₀ з формули дальності

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·40/sin 60°) = 21,29 m/s

Відповідь

v0 = 21,29 m/s
6.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: x = 93,75 m

Рух тіла, кинутого під кутом: без опору повітря x = vxt і y = h + vyt − ½gt². Обидва напрями незалежні, їх пов’язує лише спільний час.

Розкладіть початкову швидкість

Горизонтальна швидкість стала; вертикальний рух має стале прискорення g = 9,81 m/s² донизу.

vx = v0·cos θ = 32·cos 15° = 30,91 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 15° = 8,282 m/s

Час польоту

Розв’яжіть y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 і візьміть додатний корінь.

0 = 20 + 8,282·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8,282 + √(68,59 + 392,4))/9,81 = 3,033 s

Горизонтальна відстань

x = vx·t = 30,91·3,033 = 93,75 m

Відповідь

x = 93,75 m
7.Рух по колу

Відповідь: vmax = 19,81 m/s

Рівномірний рух по колу: тіло, що рухається зі швидкістю v по колу радіуса r, має прискорення a = v²/r, спрямоване до центра, тож на нього має діяти спрямована до центра рівнодійна сила F = m·v²/r. Цю силу створює щось реальне: тертя, натяг, сила тяжіння або сила нормальної реакції.

Тертя створює доцентрову силу

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,8·9,81·50) = 19,81 m/s

Відповідь

vmax = 19,81 m/s (71,31 km/h)
8.Рух по колу

Відповідь: Ttop = 163,7 N

Рівномірний рух по колу: тіло, що рухається зі швидкістю v по колу радіуса r, має прискорення a = v²/r, спрямоване до центра, тож на нього має діяти спрямована до центра рівнодійна сила F = m·v²/r. Цю силу створює щось реальне: тертя, натяг, сила тяжіння або сила нормальної реакції.

Швидкість у верхній точці

Кінетична енергія перетворюється на потенціальну на висоті 2r.

vtop² = 12² − 4·9,81·1,1 = 100,8 m²/s²

Сили у верхній точці

Сила натягу й сила тяжіння обидві спрямовані вниз, до центра.

T + m·g = m·vtop²/r
T = 2·100,8/1,1 − 2·9,81 = 163,7 N

Відповідь

Ttop = 163,7 N
9.Робота й енергія

Відповідь: Wf = 38,57 J

Теорема про кінетичну енергію: зміна кінетичної енергії дорівнює роботі всіх сил. Якщо записати тяжіння й пружини як потенціальну енергію (mgh і ½kx²), виходить баланс: початкова енергія = кінцева енергія + енергія, втрачена на тертя (μN·d).

Сила тертя

N = mg·cos θ = 39,24·0,8192 = 32,14 N
F = μN = 0,3·32,14 = 9,643 N

Робота проти тертя

Wf = F·d = 9,643·4 = 38,57 J

Відповідь

Wf = 38,57 J
10.Робота й енергія

Відповідь: x = 11,77 cm

Теорема про кінетичну енергію: зміна кінетичної енергії дорівнює роботі всіх сил. Якщо записати тяжіння й пружини як потенціальну енергію (mgh і ½kx²), виходить баланс: початкова енергія = кінцева енергія + енергія, втрачена на тертя (μN·d).

Енергія після шорсткої смуги

Рампа гладка, тож енергію забирає лише смуга.

mgh − μmgL = 9,81·(3,5 − 0,15·4,5) = 27,71 J

Найбільше стиснення

½kx² = 27,71 → x = √(2·27,71/4000) = 0,1177 m = 11,77 cm

Відповідь

x = 11,77 cm
11.Імпульс і зіткнення

Відповідь: v′2 = 3,6 m/s

Закон збереження імпульсу: якщо під час зіткнення зовнішні сили не діють, сумарний імпульс Σm·v до зіткнення дорівнює сумарному імпульсу після. Швидкість має напрямок, тож виберіть додатний напрямок, а швидкості, спрямовані в протилежний бік, беріть зі знаком мінус. У пружному зіткненні зберігається й кінетична енергія; в абсолютно непружному тіла злипаються.

Пружний удар об нерухоме тіло

Спільний розв’язок рівнянь збереження імпульсу й енергії дає ці два результати.

v′1 = (4,5 − 3)/(4,5 + 3)·3 = 0,6 m/s
v′2 = 2·4,5/(4,5 + 3)·3 = 3,6 m/s

Відповідь

v′2 = 3,6 m/s
12.Імпульс і зіткнення

Відповідь: v = 766,6 m/s

Закон збереження імпульсу: якщо під час зіткнення зовнішні сили не діють, сумарний імпульс Σm·v до зіткнення дорівнює сумарному імпульсу після. Швидкість має напрямок, тож виберіть додатний напрямок, а швидкості, спрямовані в протилежний бік, беріть зі знаком мінус. У пружному зіткненні зберігається й кінетична енергія; в абсолютно непружному тіла злипаються.

Підйом бруска

h = L·(1 − cos θ) = 2·(1 − cos 30°) = 0,2679 m

Швидкість після удару

V = √(2·9,81·0,2679) = 2,293 m/s

Зіткнення

v = (m + M)·V/m = 4,012·2,293/0,012 = 766,6 m/s

Відповідь

v = 766,6 m/s
13.Обертання твердого тіла

Відповідь: N = 748,3 rev

Обертання навколо нерухомої осі: сума моментів відносно осі дорівнює I·α (ΣM = I·α), так само як ΣF = m·a для поступального руху. В енергетичній формі момент T, що повертає тіло на кут θ (у радіанах), виконує роботу T·θ, яка змінює кінетичну енергію ½·I·ω²; сила тяжіння додає або забирає m·g·Δh центра мас. Потужність дорівнює P = T·ω.

Кутова швидкість

ω = 2π·2100/60 = 219,9 rad/s

Робота гальма дорівнює кінетичній енергії

½·I·ω² = ½·35·219,9² = 846319 J
θ = 846319/180 = 4702 rad

Оберти

N = θ/2π = 748,3 rev

Відповідь

N = 748,3 rev
14.Обертання твердого тіла

Відповідь: v = 4,744 m/s

Кочення й момент імпульсу: тіло, що котиться без проковзування, має v = ω·r, тож його кінетична енергія дорівнює ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). По схилу це дає a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). Коли відносно осі не діє зовнішній момент, момент імпульсу відносно цієї осі зберігається, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, навіть якщо кінетична енергія втрачається.

Висота спуску

h = s·sin θ = 3·sin 35° = 1,721 m

Енергетичний баланс для кочення

Кочення без проковзування: ω = v/r, а тертя в точці контакту роботи не виконує.

m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,5)
v = √(2·9,81·1,721/1,5) = 4,744 m/s

Відповідь

v = 4,744 m/s
15.Зубчасті колеса й передачі

Відповідь: T2 = 17,51 N·m

Зубчасті передачі: у колесах, що зачеплені, швидкість у точці контакту зубців однакова, тож n₁·N₁ = n₂·N₂: колесо з меншою кількістю зубців обертається швидше. Колеса на одному валу обертаються з однаковою частотою. Потужність передається далі (за вирахуванням втрат), тож зі зменшенням частоти обертання крутний момент зростає: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, а P = T·ω, де ω = 2π·n/60.

Момент двигуна

ω₁ = 2π·1500/60 = 157,1 rad/s
T1 = P/ω₁ = 1100/157,1 = 7,003 N·m

Вихідний крутний момент

T2 = 7,003·40/16·1 = 17,51 N·m

Відповідь

T2 = 17,51 N·m
16.Зубчасті колеса й передачі

Відповідь: nout = 720 rpm

Зубчасті передачі: у колесах, що зачеплені, швидкість у точці контакту зубців однакова, тож n₁·N₁ = n₂·N₂: колесо з меншою кількістю зубців обертається швидше. Колеса на одному валу обертаються з однаковою частотою. Потужність передається далі (за вирахуванням втрат), тож зі зменшенням частоти обертання крутний момент зростає: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, а P = T·ω, де ω = 2π·n/60.

Перший ступінь

nB = 1440·50/60 = 1200 rpm = nC

Другий ступінь

nout = 1200·18/30 = 720 rpm

Відповідь

nout = 720 rpm

загальне передаточне відношення = 2 : 1

17.Пружини й маятники

Відповідь: T = 3,475 s

Гармонічні коливання: вантаж масою m на пружині жорсткістю k коливається з кутовою частотою ω = √(k/m) і періодом T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Математичний маятник завдовжки L має період T = 2π·√(L/g). За амплітуди A найбільша швидкість дорівнює A·ω, найбільше прискорення — A·ω², а енергія — ½·k·A².

Період маятника

T = 2π·√(3/9,81) = 3,475 s

Відповідь

T = 3,475 s
18.Пружини й маятники

Відповідь: vmax = 1,497 m/s

Гармонічні коливання: вантаж масою m на пружині жорсткістю k коливається з кутовою частотою ω = √(k/m) і періодом T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Математичний маятник завдовжки L має період T = 2π·√(L/g). За амплітуди A найбільша швидкість дорівнює A·ω, найбільше прискорення — A·ω², а енергія — ½·k·A².

Кутова частота

ω = √(320/2,8) = 10,69 rad/s

Найбільша швидкість

vmax = A·ω = 0,14·10,69 = 1,497 m/s

Відповідь

vmax = 1,497 m/s
19.Механічні коливання

Відповідь: ζ = 0,04002

Вільні коливання системи маса–пружина: власна частота без демпфування ωn = √(k/m) у rad/s, і fn = ωn/(2π) у Hz. В’язкий демпфер c дає коефіцієнт демпфування ζ = c/cc, де критичне демпфування cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Недодемпфована система (ζ < 1) коливається з частотою ωd = ωn·√(1 − ζ²). Жорсткості паралельних пружин додаються, k = k₁ + k₂; послідовних — додаються обернені величини, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Логарифмічний декремент

δ = (1/1)·ln(40/31,1) = 0,2517

Коефіцієнт демпфування

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,2517/√(39,48 + 0,06334) = 0,04002

Відповідь

ζ = 0,04002
20.Механічні коливання

Відповідь: fn = 7,465 Hz

Вільні коливання системи маса–пружина: власна частота без демпфування ωn = √(k/m) у rad/s, і fn = ωn/(2π) у Hz. В’язкий демпфер c дає коефіцієнт демпфування ζ = c/cc, де критичне демпфування cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Недодемпфована система (ζ < 1) коливається з частотою ωd = ωn·√(1 − ζ²). Жорсткості паралельних пружин додаються, k = k₁ + k₂; послідовних — додаються обернені величини, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Еквівалентна жорсткість

Паралельні пружини мають спільний прогин, а їхні сили додаються, тож жорсткості просто додаються: k = k1 + k2.

keq = 40 + 15 = 55 kN/m

Власна частота

ωn = √(55000/25) = 46,9 rad/s
fn = 46,9/(2π) = 7,465 Hz

Відповідь

fn = 7,465 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics