Động lực học: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 20 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Động học

Vận tốc
v = v0 + a·t
Độ dời
s = v0·t + ½·a·t²
Không có thời gian
v² = v0² + 2·a·s
Đơn vị
1 m/s = 3,6 km/h

Phương pháp

  1. Liệt kê những gì bạn biết: v₀, v, a, t và s, kèm đơn vị.
  2. Chọn phương trình chứa ba đại lượng đã biết và ẩn số.
  3. Chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các đại lượng ngược chiều.
  4. Giải và kiểm tra xem đáp án có hợp lý về mặt vật lý không.

Các định luật Newton

Định luật hai
ΣF = m·a
Trọng lượng
W = m·g
Ma sát trượt
Ff = μ·N
Trên mặt dốc
dọc theo: m·g·sin θ, pháp tuyến: m·g·cos θ

Phương pháp

  1. Vẽ sơ đồ vật thể tự do với mọi lực tác dụng lên vật.
  2. Chọn một chiều dương dọc theo chuyển động.
  3. Phân tích các lực thành thành phần dọc và vuông góc với chuyển động (trên mặt dốc: m·g·sin θ dọc theo, m·g·cos θ vuông góc vào mặt dốc).
  4. Áp dụng ΣF = m·a dọc theo chuyển động; ma sát là μ·N ngược chiều chuyển động.

Chuyển động ném

Các thành phần
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Vị trí
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Độ cao cực đại
H = h + vy²/(2g)
Tầm xa (mặt đất bằng phẳng)
R = v0²·sin 2θ/g

Phương pháp

  1. Phân tích vận tốc ban đầu thành các thành phần: vx = v₀·cos θ và vy = v₀·sin θ.
  2. Chuyển động ngang có tốc độ không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc −g.
  3. Tìm thời gian bay từ chuyển động thẳng đứng.
  4. Dùng thời gian đó trong chuyển động ngang để tìm tầm xa.

Chuyển động tròn

Gia tốc hướng tâm
a = v²/r = ω²·r
Lực hướng tâm
F = m·v²/r
Tốc độ góc
ω = v/r = 2π/T
Đường cong phẳng, ma sát
vmax = √(μ·g·r)

Công và năng lượng

Động năng
Ek = ½mv²
Thế năng
Ep = mgh
Cân bằng năng lượng
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Công của lực ma sát
W = μ·N·d
Công suất
P = W/t

Động lượng và va chạm

Động lượng
p = m·v
Bảo toàn
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Va chạm hoàn toàn không đàn hồi
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Xung lượng
J = F·Δt = m·Δv

Phương pháp

  1. Chọn một chiều dương và gán dấu cho từng vận tốc.
  2. Viết tổng động lượng trước va chạm: Σm·v.
  3. Với va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật chuyển động cùng nhau sau đó; với va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn.
  4. Cho động lượng trước bằng động lượng sau và giải.

Chuyển động quay của vật rắn

Mô-men quán tính đối với G
thanh mL²/12, đĩa ½mR², vành mR², cầu đặc (2/5)mR², cầu rỗng (2/3)mR²
Định lý trục song song
I = IG + m·d²
Bán kính quán tính
I = m·k²
Thanh đối với đầu của nó
I = mL²/3
Phương trình chuyển động
ΣM = I·α
Tốc độ theo rad/s
ω = 2π·n/60
Động năng
E = ½·I·ω²
Công và công suất
W = T·θ, P = T·ω
Lăn không trượt
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Mô-men động lượng
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Va chạm quanh một chốt
m·v·d = I·ω

Phương pháp

  1. Chọn trục: một chốt cố định, hoặc khối tâm đối với các vật lăn.
  2. Tìm mô-men quán tính đối với trục đó từ các kết quả chuẩn, dùng I = IG + m·d² cho trục bị dời.
  3. Chọn phương pháp: ΣM = I·α cho gia tốc và lực, năng lượng (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) cho tốc độ, mô-men động lượng cho va chạm và các thay đổi đột ngột.
  4. Liên hệ chuyển động thẳng và chuyển động quay bằng v = ω·r và a = α·r, và đổi vòng/phút sang rad/s.

Bánh răng và hệ bánh răng

Bánh răng ăn khớp
n1·N1 = n2·N2
Mômen xoắn
T2 = T1·(N2/N1)·η
Công suất
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Hệ bánh răng ghép
tỉ số truyền tổng = tích các tỉ số truyền từng cấp

Lò xo và con lắc

Vật nặng trên lò xo
T = 2π·√(m/k)
Con lắc
T = 2π·√(L/g)
Tần số góc
ω = √(k/m) = 2π/T
Tốc độ và gia tốc cực đại
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Năng lượng
E = ½·k·A²

Dao động cơ học

Tần số riêng
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
Từ độ võng tĩnh
ωn = √(g/δst)
Cản tới hạn
cc = 2√(km) = 2mωn
Hệ số cản
ζ = c/cc
Tần số có cản
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Giảm lượng logarit
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Lò xo song song
k = k1 + k2
Lò xo nối tiếp
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Bài tập

1.Động họcTrung bình
cảnh sáta = 4,5 m/s²ô tô28 m/s

Một ô tô chạy quá tốc độ với tốc độ không đổi 28 m/s đi qua một xe cảnh sát đang đứng yên. Ngay lúc đó xe cảnh sát xuất phát và tăng tốc đều với 4,5 m/s². Xe cảnh sát đuổi kịp ở nơi cách điểm xuất phát bao xa? Tìm d.

vcar = 28 m/sapolice = 4,5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.Động họcKhó
t (s)v (m/s)7 s

Một đoàn tàu điện xuất phát từ trạng thái nghỉ và tăng tốc với 2 m/s² trong 7 s, rồi chạy với tốc độ không đổi trong 15 s, và cuối cùng phanh với 3,5 m/s² cho đến khi dừng. Tìm tổng thời gian chuyển động t.

a1 = 2 m/s²t1 = 7 st2 = 15 sa3 = −3,5 m/s²
t = s
3.Các định luật NewtonTrung bình
thùngv₀ = 11 m/sμ = ?

Một thùng trượt trên sàn nằm ngang với tốc độ ban đầu 11 m/s và dừng lại sau 62 m. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm hệ số ma sát trượt μ.

v₀ = 11 m/sd = 62 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Các định luật NewtonKhó
m1​ = 10 kg9 kgθ = 35°

Một khối 10 kg trên dốc nghiêng 35° được nối bằng một sợi dây nhẹ qua một ròng rọc không ma sát ở đỉnh dốc với một vật treo 9 kg. Vật treo đi xuống. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,2. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T của dây.

m1 = 10 kgm2 = 9 kgθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Chuyển động némTrung bình
v0​ = 20 m/sθ = ?R = 25 m

Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng với tốc độ 20 m/s và phải rơi cách 25 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm góc nhỏ hơn trong hai góc phóng có thể θ.

v₀ = 20 m/sR = 25 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Chuyển động némKhó
h = 40 mv0​ = 30 m/s40°tầm xa

Một quả bóng được ném với góc 40° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 40 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm thời gian bay t cho đến khi quả bóng chạm đất.

v0 = 30 m/sθ = 40°h = 40 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Chuyển động trònTrung bình
θ = ?hướng vào tâm70 km/h

Một kỹ sư đường bộ muốn ô tô đi qua một đường cong bán kính 290 m với tốc độ 70 km/h mà không dựa vào ma sát. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm góc nghiêng θ.

r = 290 mv = 70 km/hg = 9,81 m/s²
θ = °
8.Chuyển động trònKhó
r = 0,9 mv = 3,5 m/s

Một quả bóng 0,4 kg buộc vào sợi dây dài 0,9 m được quay trong mặt phẳng thẳng đứng. Ở điểm thấp nhất nó chuyển động với 3,5 m/s. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T của dây ở điểm thấp nhất.

m = 0,4 kgr = 0,9 mv = 3,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Công và năng lượngTrung bình
20°d = 9 mμ = 0,1

Một vật trượt từ trạng thái nghỉ xuống một mặt dốc nghiêng 20° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt là 0,1. Tìm tốc độ v của nó sau khi trượt 9 m dọc theo mặt dốc.

θ = 20°μ = 0,1d = 9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Công và năng lượngKhó
k = 2000 N/m25°μ = 0,20,5 kg

Một lò xo có độ cứng 2000 N/m ở chân một dốc nghiêng 25° bị nén 20 cm áp vào một khối 0,5 kg rồi được thả ra. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,2. Khối đi được bao xa d lên dốc từ điểm thả trước khi dừng? (Bỏ qua đoạn đường ngắn mà lò xo đẩy, tức là tính ma sát và trọng lực trên toàn bộ quãng đường d.)

m = 0,5 kgk = 2000 N/mx = 20 cmθ = 25°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
11.Động lượng và va chạmTrung bình
800 kg18 m/s1100 kg

Một ô tô 800 kg đang chuyển động với tốc độ 18 m/s đâm vào một ô tô 1100 kg đang đứng yên và hai xe dính vào nhau. Động năng ΔK bị mất trong va chạm là bao nhiêu?

m1 = 800 kgv1 = 18 m/sm2 = 1100 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Động lượng và va chạmKhó
1100 kg19 m/s1100 kg10 m/sθ = ?

Tại một ngã tư, một ô tô 1100 kg đi về phía đông với tốc độ 19 m/s va chạm với một ô tô 1100 kg đi về phía bắc với tốc độ 10 m/s. Hai xe dính vào nhau. Tìm hướng θ của đống đổ nát ngay sau va chạm, đo từ hướng đông về phía bắc.

m1 = 1100 kgv1 = 19 m/s (E)m2 = 1100 kgv2 = 10 m/s (N)
θ = °
13.Chuyển động quay của vật rắnTrung bình
10,5 kgaαM = 7,5 kgR = 0,2 m

Một khối 10,5 kg treo vào sợi dây nhẹ quấn quanh một ròng rọc, là một đĩa đặc đồng chất khối lượng 7,5 kg và bán kính 0,2 m quay trên trục ngang không ma sát. Khối được thả từ trạng thái nghỉ. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của khối.

m = 10,5 kgM = 7,5 kgR = 0,2 mg = 9,81 m/s²
a = m/s²
14.Chuyển động quay của vật rắnKhó
0,65 m0,25 mn1​ = 35 rpm

Một người đứng trên bàn xoay không ma sát và cầm một quả tạ 3,5 kg trong mỗi tay, cách trục 0,65 m. Riêng người và bàn xoay có mô-men quán tính 3,5 kg·m² đối với trục. Họ quay với 35 vòng/phút, rồi kéo các quả tạ vào cách trục 0,25 m. Coi các quả tạ là chất điểm. Tìm tốc độ mới n2 theo vòng/phút.

I0 = 3,5 kg·m²m = 2 × 3,5 kgr1 = 0,65 mr2 = 0,25 mn1 = 35 rpm
n2 = rpm
15.Bánh răng và hệ bánh răngTrung bình
N1​ = 30N2​ = 80

Một động cơ 1,5 kW chạy ở 1500 rpm dẫn động một bánh răng nhỏ có 30 răng, ăn khớp với một bánh răng có 80 răng. Cặp bánh răng có hiệu suất 96%. Tìm mômen xoắn T1 trên trục động cơ.

P = 1,5 kWn1 = 1500 rpmN1 = 30N2 = 80η = 96%
T1 = N·m
16.Bánh răng và hệ bánh răngKhó
Ns​ = 30vành răng cố địnhNp​ = 20nc​ = ?

Trong một bộ bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời có 30 răng và mỗi bánh răng hành tinh có 20 răng. Vành răng ngoài được giữ cố định và bánh mặt trời được dẫn động ở 1500 rpm. Tìm tốc độ nc của cần dẫn hành tinh.

Ns = 30Np = 20ns = 1500 rpm
nc = rpm
17.Lò xo và con lắcTrung bình
L = 1,1 mT = 1,32 s

Một phi hành gia trên hành tinh khác thấy rằng một con lắc đơn dài 1,1 m có chu kỳ 1,32 s với các dao động nhỏ. Tìm gia tốc trọng trường g trên hành tinh đó.

L = 1,1 mT = 1,32 s
g = m/s²
18.Lò xo và con lắcKhó
3 kgk = 1100 N/m450 m/s

Một viên đạn 15 g chuyển động với tốc độ 450 m/s găm vào một khối 3 kg đặt trên mặt không ma sát. Khối được gắn vào một lò xo nằm ngang có k = 1100 N/m. Tìm biên độ A của dao động tạo thành, theo cm.

m = 15 gv = 450 m/sM = 3 kgk = 1100 N/m
A = cm
19.Dao động cơ họcTrung bình
k = 100 kN/mc = 1900 N·s/mm = 100 kg

Một vật 100 kg được đỡ bởi một lò xo có độ cứng 100 kN/m và một bộ cản nhớt có hệ số cản 1900 N·s/m. Tìm hệ số cản ζ.

m = 100 kgk = 100 kN/mc = 1900 N·s/m
ζ =
20.Dao động cơ họcKhó
k1​ = 30k2​ = 15m = 50 kg

Một vật 50 kg treo vào hai lò xo nối đầu với đầu (nối tiếp): lò xo trên có k₁ = 30 kN/m và lò xo dưới có k₂ = 15 kN/m. Bỏ qua cản và khối lượng của các lò xo. Tìm tần số riêng fn của dao động thẳng đứng theo Hz.

m = 50 kgk1 = 30 kN/mk2 = 15 kN/m
fn = Hz

3Dung dịch

1.Động học

Đáp số: d = 348,4 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.

Các quãng đường bằng nhau

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·28/4,5 = 12,44 s

Quãng đường

d = v·t = 28·12,44 = 348,4 m

Đáp số

d = 348,4 m

Lúc đó xe cảnh sát chuyển động với tốc độ 2v = 56 m/s.

2.Động học

Đáp số: t = 26 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.

Tốc độ lớn nhất

v = a1·t1 = 2·7 = 14 m/s

Thời gian phanh

t3 = v/a3 = 14/3,5 = 4 s

Tổng thời gian

t = 7 + 15 + 4 = 26 s

Đáp số

t = 26 s
3.Các định luật Newton

Đáp số: μ = 0,09947

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.

Gia tốc hãm

a = v₀²/(2d) = 11²/(2·62) = 0,9758 m/s²

Hệ số ma sát

μ·m·g = m·a → μ = a/g = 0,9758/9,81 = 0,09947

Đáp số

μ = 0,09947
4.Các định luật Newton

Đáp số: T = 80,73 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.

Các lực dọc theo dây

m₂·g = 88,29 N
m₁·g·sin θ = 56,27 N
μ·m₁·g·cos θ = 16,07 N

Gia tốc của hệ

a = (88,29 − 56,27 − 16,07)/19 = 0,8395 m/s²

Lực căng từ vật treo

m2·g − T = m2·a → T = 9·(9,81 − 0,8395) = 80,73 N

Đáp số

T = 80,73 N
5.Chuyển động ném

Đáp số: θ = 18,91 °

Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.

Công thức tầm xa

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·25/20² = 0,6131

Góc

2θ = 37,82° → θ = 18,91°

Đáp số

θ = 18,91°

Nghiệm còn lại là 90° − θ = 71,09°.

6.Chuyển động ném

Đáp số: t = 5,433 s

Chuyển động ném: khi bỏ qua lực cản không khí, x = vxt và y = h + vyt − ½gt². Hai phương độc lập với nhau, chỉ chung thời gian.

Phân tích vận tốc ban đầu

Vận tốc ngang không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc không đổi g = 9,81 m/s² hướng xuống.

vx = v0·cos θ = 30·cos 40° = 22,98 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 40° = 19,28 m/s

Thời gian trong không khí

Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.

0 = 40 + 19,28·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (19,28 + √(371,9 + 784,8))/9,81 = 5,433 s

Đáp số

t = 5,433 s
7.Chuyển động tròn

Đáp số: θ = 7,57 °

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.

Đơn vị

v = 70/3,6 = 19,44 m/s

Góc nghiêng

tan θ = v²/(r·g) = 19,44²/(290·9,81) = 0,1329
θ = 7,57°

Đáp số

θ = 7,57°
8.Chuyển động tròn

Đáp số: T = 9,368 N

Chuyển động tròn đều: một vật chuyển động với tốc độ v trên đường tròn bán kính r có gia tốc hướng vào tâm a = v²/r, nên cần một hợp lực hướng vào trong F = m·v²/r. Lực đó do một thứ có thật cung cấp: ma sát, lực căng, trọng lực hoặc phản lực pháp tuyến.

Các lực ở điểm thấp nhất

Hướng về tâm (lên) là dương.

T − m·g = m·v²/r
T = 0,4·9,81 + 0,4·3,5²/0,9 = 3,924 + 5,444 = 9,368 N

Đáp số

T = 9,368 N
9.Công và năng lượng

Đáp số: v = 6,618 m/s

Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).

Cân bằng năng lượng dọc mặt dốc

Vật hạ xuống độ cao d·sin θ trong khi ma sát lấy đi μmg·cos θ·d. Khối lượng triệt tiêu.

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·9·(0,342 − 0,1·0,9397)) = 6,618 m/s

Đáp số

v = 6,618 m/s
10.Công và năng lượng

Đáp số: d = 13,5 m

Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).

Thế năng đàn hồi

x = 20 cm = 0,2 m
½kx² = ½·2000·0,2² = 40 J

Cân bằng năng lượng dọc mặt dốc

m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 40/(4,905·(0,4226 + 0,2·0,9063)) = 13,5 m

Đáp số

d = 13,5 m
11.Động lượng và va chạm

Đáp số: ΔK = 75032 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.

Vận tốc chung

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 800·18/1900 = 7,579 m/s

Động năng trước và sau

Kbefore = ½·800·18² = 129600 J
Kafter = ½·1900·7,579² = 54568 J

Năng lượng mất đi

ΔK = 129600 − 54568 = 75032 J

Đáp số

ΔK = 75032 J

Năng lượng mất đi biến thành biến dạng, nhiệt và âm thanh.

12.Động lượng và va chạm

Đáp số: θ = 27,76 °

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.

Các thành phần động lượng

px = 1100·19 = 20900 kg·m/s
py = 1100·10 = 11000 kg·m/s

Hướng

tan θ = py/px = 0,5263 → θ = 27,76°

Đáp số

θ = 27,76°
13.Chuyển động quay của vật rắn

Đáp số: a = 7,228 m/s²

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.

Khối và ròng rọc

khối: m·g − T = m·a
ròng rọc: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Gia tốc

a = m·g/(m + M/2) = 10,5·9,81/(10,5 + 3,75) = 7,228 m/s²

Đáp số

a = 7,228 m/s²
14.Chuyển động quay của vật rắn

Đáp số: n2 = 57,4 rpm

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.

Mô-men quán tính

I1 = 3,5 + 2·3,5·0,65² = 6,457 kg·m²
I2 = 3,5 + 2·3,5·0,25² = 3,938 kg·m²

Bảo toàn mô-men động lượng

n2 = n1·I1/I2 = 35·6,457/3,938 = 57,4 rpm

Đáp số

n2 = 57,4 rpm

Động năng tăng lên: năng lượng thêm vào đến từ công mà người đó sinh ra khi kéo các quả tạ vào.

15.Bánh răng và hệ bánh răng

Đáp số: T1 = 9,549 N·m

Hệ bánh răng: các bánh răng ăn khớp có cùng tốc độ tại răng, nên n₁·N₁ = n₂·N₂: bánh răng có ít răng hơn quay nhanh hơn. Các bánh răng trên cùng một trục quay cùng tốc độ. Công suất được truyền đi (trừ tổn thất), nên mômen xoắn tăng khi tốc độ giảm: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, và P = T·ω với ω = 2π·n/60.

Mômen xoắn động cơ

ω₁ = 2π·1500/60 = 157,1 rad/s
T1 = P/ω₁ = 1500/157,1 = 9,549 N·m

Đáp số

T1 = 9,549 N·m
16.Bánh răng và hệ bánh răng

Đáp số: nc = 450 rpm

Bộ bánh răng hành tinh: tốc độ của bánh mặt trời, vành răng và cần dẫn liên hệ với nhau bởi phương trình Willis (ns − nc)/(nr − nc) = −Nr/Ns: nhìn từ cần dẫn, bộ truyền là một hệ bánh răng thông thường với các bánh hành tinh là bánh trung gian. Giữ cố định một phần tử biến bộ truyền thành bộ giảm tốc có một tỉ số truyền.

Số răng của vành răng

Nr = Ns + 2·Np = 30 + 2·20 = 70

Phương trình Willis khi vành răng cố định

Đặt nr = 0 và giải tìm tốc độ cần dẫn.

(1500 − nc)/(0 − nc) = −70/30
nc = ns·Ns/(Ns + Nr) = 1500·30/100 = 450 rpm

Đáp số

nc = 450 rpm

Cần dẫn quay cùng chiều với bánh mặt trời.

17.Lò xo và con lắc

Đáp số: g = 24,92 m/s²

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.

Giải tìm g

g = 4π²·L/T² = 4π²·1,1/1,32² = 24,92 m/s²

Đáp số

g = 24,92 m/s²
18.Lò xo và con lắc

Đáp số: A = 11,72 cm

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.

Tốc độ sau va chạm

V = m·v/(m + M) = 0,015·450/3,015 = 2,239 m/s

Tần số góc

ω = √(k/(m + M)) = √(1100/3,015) = 19,1 rad/s

Biên độ

A = V/ω = 2,239/19,1 = 0,1172 m = 11,72 cm

Đáp số

A = 11,72 cm
19.Dao động cơ học

Đáp số: ζ = 0,3004

Dao động tự do của hệ vật–lò xo: tần số riêng không cản là ωn = √(k/m) theo rad/s, và fn = ωn/(2π) theo Hz. Một bộ cản nhớt c cho hệ số cản ζ = c/cc, với cản tới hạn cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Hệ cản dưới tới hạn (ζ < 1) dao động ở ωd = ωn·√(1 − ζ²). Các lò xo song song cộng lại, k = k₁ + k₂; các lò xo nối tiếp cộng theo nghịch đảo, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Cản tới hạn

cc = 2·√(k·m) = 2·√(100000·100) = 6325 N·s/m

Hệ số cản

ζ = c/cc = 1900/6325 = 0,3004

Đáp số

ζ = 0,3004

ζ < 1, nên hệ cản dưới tới hạn và dao động khi tắt dần.

20.Dao động cơ học

Đáp số: fn = 2,251 Hz

Dao động tự do của hệ vật–lò xo: tần số riêng không cản là ωn = √(k/m) theo rad/s, và fn = ωn/(2π) theo Hz. Một bộ cản nhớt c cho hệ số cản ζ = c/cc, với cản tới hạn cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Hệ cản dưới tới hạn (ζ < 1) dao động ở ωd = ωn·√(1 − ζ²). Các lò xo song song cộng lại, k = k₁ + k₂; các lò xo nối tiếp cộng theo nghịch đảo, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Độ cứng tương đương

Các lò xo nối tiếp chịu cùng một lực và cộng độ võng, nên chúng gộp theo nghịch đảo: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/30 + 1/15 → keq = 30·15/(30 + 15) = 10 kN/m

Tần số riêng

ωn = √(10000/50) = 14,14 rad/s
fn = 14,14/(2π) = 2,251 Hz

Đáp số

fn = 2,251 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics