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)4,167 s25

Автомобіль, що їде зі швидкістю 90 km/h, гальмує зі сталим сповільненням 6 m/s² до повної зупинки. Знайдіть гальмівний шлях s.

v₀ = 90 km/ha = −6 m/s²v = 0
s = m
2.КінематикаСкладна
AB: 21 m/s30 m

Кульку A відпускають без початкової швидкості з висоти 30 m. Тієї самої миті кульку B кидають вертикально вгору з землі точно під нею зі швидкістю 21 m/s. Нехтуйте опором повітря й прийміть g = 9,81 m/s². На якій висоті y над землею вони зустрінуться?

H = 30 mv0B = 21 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Закони НьютонаСередня
θ = 25°a = ?m = 13 kg

Брусок масою 13 kg ковзає вниз гладкою похилою площиною під кутом 25° до горизонту. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть прискорення a бруска вздовж площини.

m = 13 kgθ = 25°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Закони НьютонаСкладна
θ = 15°брусокv₀ = 7 m/s

Бруску надають поштовху, і він починає ковзати вгору похилою площиною з кутом 15° зі швидкістю 7 m/s. Коефіцієнт тертя ковзання 0,2. Прийміть g = 9,81 m/s². Яку відстань d уздовж площини він пройде до зупинки?

v₀ = 7 m/sθ = 15°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
5.Рух тіла, кинутого під кутомСередня
v0​ = 10 m/s45°дальністьH = ?

М’яч кидають під кутом 45° до горизонту з рівної поверхні. Опором повітря знехтуйте. Знайдіть максимальну висоту H, якої досягає м’яч.

v0 = 10 m/sθ = 45°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Рух тіла, кинутого під кутомСкладна
h = 5 mv0​ = 23 m/s60°дальність

М’яч кидають під кутом 60° до горизонту з вершини скелі висотою 5 m. Опором повітря знехтуйте. Знайдіть час польоту t до удару м’яча об землю.

v0 = 23 m/sθ = 60°h = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Рух по колуСередня
r = 95 m22 m/s

Автомобіль масою 800 kg проїжджає вершину горбка на дорозі зі швидкістю 22 m/s. Вершина горбка — дуга кола радіусом 95 m. Прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть силу нормальної реакції N дороги на автомобіль на вершині.

m = 800 kgv = 22 m/sr = 95 mg = 9,81 m/s²
N = N
8.Рух по колуСкладна
θ = 10°до центраvmax​ = ?

Поворот радіусом 260 m має нахил полотна 10°, а коефіцієнт тертя спокою між шинами й дорогою 0,15. Прийміть g = 9,81 m/s². Знайдіть найбільшу швидкість vmax, з якою автомобіль може пройти поворот, не зісковзнувши вгору й назовні.

r = 260 mθ = 10°μs = 0,15g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Робота й енергіяСередня
20°L = 3 m0,5 kg

Кулька 0,5 kg висить на легкій нитці завдовжки 3 m. Її відводять убік, доки нитка не утворить кут 20° з вертикаллю, і відпускають без початкової швидкості. Знайдіть силу натягу T нитки, коли кулька проходить найнижчу точку.

m = 0,5 kgL = 3 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Робота й енергіяСкладна
h = 4 mL = 3,5 mμ = 0,15k = 800 N/m

Брусок масою 2,5 kg відпускають без початкової швидкості на висоті 4 m на гладкій рампі. Унизу він перетинає шорстку горизонтальну смугу довжиною 3,5 m (μ = 0,15), а потім натрапляє на пружину (k = 800 N/m) на гладкій поверхні. Знайдіть найбільше стиснення x пружини.

m = 2,5 kgh = 4 mL = 3,5 mμ = 0,15k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Імпульс і зіткненняСередня
5 kg2 m/s4,5 kg

Візок масою 5 kg, що рухається зі швидкістю 2 m/s, зазнає абсолютно пружного центрального удару з нерухомим візком масою 4,5 kg на доріжці без тертя. Знайдіть швидкість v′1 першого візка після зіткнення (додатну в напрямку його початкового руху).

m1 = 5 kgm2 = 4,5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Імпульс і зіткненняСкладна
9 m/s15 m/s

М’яч масою 0,35 kg ударяється об стіну зі швидкістю 9 m/s і відскакує прямо назад зі швидкістю 15 m/s. Контакт триває 25 ms. Знайдіть середню силу Favg, з якою стіна діє на м’яч.

m = 0,35 kgvin = 9 m/svout = 15 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
13.Обертання твердого тілаСередня
n = 1300 rpmP = 46,5 kW

Вал передає 46,5 kW за частоти 1300 rpm. Знайдіть крутний момент T у валу.

P = 46,5 kWn = 1300 rpm
T = N·m
14.Обертання твердого тілаСкладна
θ = 20°vs = 4 m

порожниста куля починає рух зі стану спокою й котиться без проковзування по схилу, нахиленому під кутом 20° до горизонту. Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть його швидкість v після того, як він прокотиться 4 m вздовж схилу.

θ = 20°s = 4 mI = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Зубчасті колеса й передачіСередня
N1​ = 20, m = 3 mm

Двигун потужністю 2,2 kW із частотою обертання 1450 rpm приводить шестірню з 20 зубцями й модулем 3 mm. Знайдіть колову силу Ft на зубцях шестірні.

P = 2,2 kWn = 1450 rpmN1 = 20m = 3 mm
Ft = N
16.Зубчасті колеса й передачіСкладна
Ns​ = 16вінець нерухомийNp​ = 15nc​ = ?

У планетарній передачі сонячне колесо має 16 зубців, а кожен сателіт — 15 зубців. Вінець (коронне колесо) закріплено, а сонячне колесо обертається з частотою 600 rpm. Знайдіть частоту обертання nc водила.

Ns = 16Np = 15ns = 600 rpm
nc = rpm
17.Пружини й маятникиСередня
L = ?

Якої довжини має бути математичний маятник, щоб його період становив 2,9 s? Візьміть g = 9,81 m/s². Знайдіть L.

T = 2,9 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Пружини й маятникиСкладна
0,2 kgk = 430 N/mA = 7 cm

Вантаж масою 0,2 kg на пружині з k = 430 N/m відтягують на 7 cm від положення рівноваги й відпускають. Знайдіть його найбільшу швидкість vmax.

m = 0,2 kgk = 430 N/mA = 7 cm
vmax = m/s
19.Механічні коливанняСередня
k = 100 kN/mζ = 0,5m = 80 kg

Маса 80 kg на пружині жорсткістю 100 kN/m має в’язкий демпфер, що дає коефіцієнт демпфування 0,5. Знайдіть частоту загасаючих вільних коливань fd у Hz.

m = 80 kgk = 100 kN/mζ = 0,5
fd = Hz
20.Механічні коливанняСкладна
k1​ = 25k2​ = 10m = 40 kg

Маса 40 kg висить на двох пружинах поруч (паралельно) з жорсткостями k₁ = 25 kN/m і k₂ = 10 kN/m. Маса залишається горизонтальною. Знехтуйте демпфуванням і масами пружин. Знайдіть власну частоту fn вертикальних коливань у Hz.

m = 40 kgk1 = 25 kN/mk2 = 10 kN/m
fn = Hz

3Розчини

1.Кінематика

Відповідь: s = 52,08 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/(2·6) = 52,08 m

Відповідь

s = 52,08 m
2.Кінематика

Відповідь: y = 19,99 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.

Час зустрічі

Напрямок угору додатний, земля — y = 0.

30 − ½g·t² = 21·t − ½g·t² → t = 30/21 = 1,429 s

Висота зустрічі

y = 21·1,429 − ½·9,81·1,429² = 19,99 m

Відповідь

y = 19,99 m
3.Закони Ньютона

Відповідь: a = 4,146 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.

Сили вздовж площини

Униз уздовж площини — додатний напрямок.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Прискорення

a = 9,81·(sin 25° − 0·cos 25°) = 9,81·(0,4226 − 0) = 4,146 m/s²

Відповідь

a = 4,146 m/s²
4.Закони Ньютона

Відповідь: d = 5,525 m

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.

Сповільнення

Обидві сили спрямовані вниз схилом; маса скорочується.

a = 9,81·(sin 15° + 0,2·cos 15°) = 4,434 m/s²

Шлях

d = v₀²/(2a) = 7²/(2·4,434) = 5,525 m

Відповідь

d = 5,525 m
5.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: H = 2,548 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 = 10·cos 45° = 7,071 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 45° = 7,071 m/s

Найвища точка

Угорі вертикальна швидкість дорівнює нулю: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 7,071²/(2·9,81) = 2,548 m

Відповідь

H = 2,548 m
6.Рух тіла, кинутого під кутом

Відповідь: t = 4,298 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.

Розкладіть початкову швидкість

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

vx = v0·cos θ = 23·cos 60° = 11,5 m/s
vy = v0·sin θ = 23·sin 60° = 19,92 m/s

Час польоту

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

0 = 5 + 19,92·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (19,92 + √(396,7 + 98,1))/9,81 = 4,298 s

Відповідь

t = 4,298 s
7.Рух по колу

Відповідь: N = 3772 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.

Сили у верхній точці

Напрямок до центра (униз) додатний.

m·g − N = m·v²/r
N = 800·9,81 − 800·22²/95 = 7848 − 4076 = 3772 N

Відповідь

N = 3772 N

Автомобіль стає «легшим»: дорога тисне вгору менше за його вагу.

8.Рух по колу

Відповідь: vmax = 29,24 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.

Рівняння рівноваги сил

Тертя спрямоване вниз схилом.

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

Швидкість

v = √(260·9,81·0,3214/0,9588) = 29,24 m/s

Відповідь

vmax = 29,24 m/s
(105,3 km/h)
9.Робота й енергія

Відповідь: T = 5,497 N

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). При русі по колу рівнодійна сила, спрямована до центра, має дорівнювати mv²/r.

Швидкість унизу

v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·3·(1 − cos 20°) = 3,55 m²/s²

Сили внизу

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
T = mg + mv²/L = 4,905 + 0,5·3,55/3 = 5,497 N

Відповідь

T = 5,497 N

Перевірка: T = mg(3 − 2cos θ) = 5,497 N.

10.Робота й енергія

Відповідь: x = 46,16 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 = 24,53·(4 − 0,15·3,5) = 85,22 J

Найбільше стиснення

½kx² = 85,22 → x = √(2·85,22/800) = 0,4616 m = 46,16 cm

Відповідь

x = 46,16 cm
11.Імпульс і зіткнення

Відповідь: v′1 = 0,1053 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 = (5 − 4,5)/(5 + 4,5)·2 = 0,1053 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 4,5)·2 = 2,105 m/s

Відповідь

v′1 = 0,1053 m/s
12.Імпульс і зіткнення

Відповідь: Favg = 336 N

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.

Зміна імпульсу

J = m·Δv = 0,35·(15 + 9) = 8,4 N·s

Середня сила

Favg = J/Δt = 8,4/0,025 = 336 N

Відповідь

Favg = 336 N
13.Обертання твердого тіла

Відповідь: T = 341,6 N·m

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·1300/60 = 136,1 rad/s

Крутний момент

T = P/ω = 46500/136,1 = 341,6 N·m

Відповідь

T = 341,6 N·m
14.Обертання твердого тіла

Відповідь: v = 4,013 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 = 4·sin 20° = 1,368 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 + 0,6667)
v = √(2·9,81·1,368/1,667) = 4,013 m/s

Відповідь

v = 4,013 m/s
15.Зубчасті колеса й передачі

Відповідь: Ft = 483 N

Геометрія зубчастих коліс: модуль m задає розмір зуба. Колесо з N зубцями має ділильний діаметр d = m·N, два зчеплені колеса мають однаковий модуль, а міжосьова відстань a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. Колова швидкість на ділильному колі v = π·d·n/60, а колова сила на зубцях випливає з обертового моменту: Ft = 2T/d.

Обертовий момент на шестірні

ω = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s
T = P/ω = 2200/151,8 = 14,49 N·m

Ділильний діаметр

d = m·N = 3·20 = 60 mm

Колова сила

Ft = 2T/d = 2·14,49/0,06 = 483 N

Відповідь

Ft = 483 N
16.Зубчасті колеса й передачі

Відповідь: nc = 154,8 rpm

Планетарні передачі: частоти обертання сонячного колеса, вінця й водила пов’язані формулою Вілліса (ns − nc)/(nr − nc) = −Nr/Ns: відносно водила це звичайна передача, у якій сателіти є паразитними колесами. Якщо закріпити одну ланку, передача стає редуктором з одним передаточним відношенням.

Зубці вінця

Nr = Ns + 2·Np = 16 + 2·15 = 46

Формула Вілліса за нерухомого вінця

Підставте nr = 0 і знайдіть частоту обертання водила.

(600 − nc)/(0 − nc) = −46/16
nc = ns·Ns/(Ns + Nr) = 600·16/62 = 154,8 rpm

Відповідь

nc = 154,8 rpm

Водило обертається в тому самому напрямку, що й сонячне колесо.

17.Пружини й маятники

Відповідь: L = 2,09 m

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.

Виразіть довжину

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,9/2π)² = 2,09 m

Відповідь

L = 2,09 m
18.Пружини й маятники

Відповідь: vmax = 3,246 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 = √(430/0,2) = 46,37 rad/s

Найбільша швидкість

vmax = A·ω = 0,07·46,37 = 3,246 m/s

Відповідь

vmax = 3,246 m/s
19.Механічні коливання

Відповідь: fd = 4,873 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.

Власна частота без демпфування

ωn = √(100000/80) = 35,36 rad/s
fn = 35,36/(2π) = 5,627 Hz

Частота загасаючих коливань

fd = fn·√(1 − ζ²) = 5,627·√(1 − 0,5²) = 4,873 Hz

Відповідь

fd = 4,873 Hz
20.Механічні коливання

Відповідь: fn = 4,708 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 = 25 + 10 = 35 kN/m

Власна частота

ωn = √(35000/40) = 29,58 rad/s
fn = 29,58/(2π) = 4,708 Hz

Відповідь

fn = 4,708 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics