Задачи из решебника Мещерского онлайн
Динамика:
Динамика материальной точки
§ 32. Колебательное движение
Задачи с решениями
32.1 Пружина AB, закрепленная одним концом в точке A, такова, что для удлинения ее на 1 м необходимо приложить в точке B при статической нагрузке силу 19,6 Н. В некоторый момент к нижнему концу B недеформированной пружины подвешивают гирю C массы 0,1 кг и отпускают ее без начальной скорости. Пренебрегая массой пружины, написать уравнение дальнейшего движения гири и указать амплитуду и период ее колебаний, отнеся движение к оси, проведенной вертикально вниз из положения статического равновесия гири.
РЕШЕНИЕ
32.2 При равномерном спуске груза массы M=2 т со скоростью v=5 м/с произошла неожиданная задержка верхнего конца троса, на котором опускался груз, из-за защемления троса в обойме блока. Пренебрегая массой троса, определить его наибольшее натяжение при последующих колебаниях груза, если коэффициент жесткости троса 4*10^6 Н/м.
РЕШЕНИЕ
32.3 Определить наибольшее натяжение троса в предыдущей задаче, если между грузом и тросом введена упругая пружина с коэффициентом жесткости c1=4*10^5 Н/м.
РЕШЕНИЕ
32.4 Груз Q, падая с высоты h=1 м без начальной скорости, ударяется об упругую горизонтальную балку в ее середине; концы балки закреплены. Написать уравнение дальнейшего движения груза на балке, отнеся движение к оси, проведенной вертикально вниз из положения статического равновесия груза на балке, если статический прогиб балки в ее середине при указанной нагрузке равен 0,5 см; массой балки пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.5 На каждую рессору вагона приходится нагрузка P Н; под этой нагрузкой рессора при равновесии прогибается на 5 см. Определить период T собственных колебаний вагона на рессорах. Упругое сопротивление рессоры пропорционально стреле ее прогиба.
РЕШЕНИЕ
32.6 Определить период свободных колебаний фундамента машины, поставленного на упругий грунт, если масса фундамента с машиной M=90 т, площадь подошвы фундамента S=15 м2, коэффициент жесткости грунта c=λS, где λ=30 Н/см3 — так называемая удельная жесткость грунта.
РЕШЕНИЕ
32.7 Найти период свободных вертикальных колебаний корабля на спокойной воде, если масса корабля M т, площадь его горизонтальной проекции S м2. Плотность воды ρ=1 т/м3. Силами, обусловленными вязкостью воды, пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.8 В условиях предыдущей задачи найти уравнения движения корабля, если он был спущен на воду с нулевой вертикальной скоростью.
РЕШЕНИЕ
32.9 Груз, вес которого равен P Н, подвешен на упругой нити к неподвижной точке. Выведенный из положения равновесия, груз начинает совершать колебания. Выразить длину нити x в функции времени и найти, какому условию должна удовлетворять начальная длина ее x0, чтобы во время движения гири нить оставалась натянутой. Натяжение нити пропорционально удлинению; длина ее в нерастянутом состоянии равна l; от действия статической нагрузки, равной q Н, нить удлиняется на 1 см. Начальная скорость груза равна нулю.
РЕШЕНИЕ
32.10 На два вращающихся в противоположные стороны, указанные на рисунке, цилиндрических шкива одинакового радиуса свободно положен однородный стержень; центры шкивов O1 и O2 находятся на горизонтальной прямой O1O2; расстояние O1O2=2l. Стержень приводится в движение силами трения, развивающимися в точках касания его со шкивами; эти силы пропорциональны давлению стержня на шкив, причем коэффициент пропорциональности (коэффициент трения) равен f. 1) Определить движение стержня после того, как мы сдвинем его из положения симметрии на x0 при v0=0. 2) Найти коэффициент трения f, зная, что период колебаний T стержня при l=25 см равен 2 c.
РЕШЕНИЕ
32.11 К одной и той же пружине подвесили сначала груз веса p, а во второй раз груз веса Зp. Определить, во сколько раз изменится период колебаний. Зная коэффициент жесткости пружины c, а также начальные условия (грузы подвешивались к концу нерастянутой пружины и отпускались без начальной скорости), найти уравнения движения грузов.
РЕШЕНИЕ
32.12 К пружине жесткости c=2 кН/м сначала подвесили груз массы 6 кг, а затем заменили его грузом вдвое большей массы. Определить частоты и периоды колебаний грузов.
РЕШЕНИЕ
32.13 К пружине, коэффициент жесткости которой равен c=19,6 Н/м, были подвешены два груза с массами m1=0,5 кг и m2=0,8 кг. Система находилась в покое в положении статического равновесия, когда груз m2 убрали. Найти уравнение движения, частоту, круговую частоту и период колебаний оставшегося груза.
РЕШЕНИЕ
32.14 Груз массы m1=2 кг, подвешенный к пружине, коэффициент жесткости которой c=98 Н/м, находится в равновесии. В некоторый момент к грузу m1 добавили груз m2=0,8 кг. Определить уравнение движения и период колебаний двух грузов.
РЕШЕНИЕ
32.15 Груз подвесили сначала к пружине с жесткостью c1=2 кН/м, а затем к пружине с жесткостью c2=4 кН/м. Найти отношение частот и отношение периодов колебаний груза в этих двух случаях.
РЕШЕНИЕ
32.16 Тело массы m находится на наклонной плоскости, составляющей угол α с вертикалью. К телу прикреплена пружина, жесткость которой c. Пружина параллельна наклонной плоскости. Найти уравнение движения тела, если в начальный момент оно было прикреплено к концу нерастянутой пружины и ему была сообщена начальная скорость v0, направленная вниз по наклонной плоскости. Начало координат взять в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.17 На гладкой плоскости, наклоненной к горизонту под углом α находится прикрепленный к пружине груз веса P. Статическое удлинение пружины равно f. Определить колебания груза, если в начальный момент пружина была растянута из ненапряженного состояния на длину, равную 3f, и груз отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.18 Тело массы M=12 кг, прикрепленное к концу пружины, совершает гармонические колебания. При помощи секундомера установлено, что тело совершило 100 полных колебаний за 45 c. После этого к концу пружины добавочно прикрепили груз массы M1=6 кг. Определить период колебаний двух грузов на пружине.
РЕШЕНИЕ
32.19 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения одного груза M и двух грузов M+M1, если в обоих случаях грузы были подвешены к концу нерастянутой пружины.
РЕШЕНИЕ
32.20 Груз M, подвешенный к неподвижной точке A на пружине, совершает малые гармонические колебания в вертикальной плоскости, скользя без трения по дуге окружности, диаметр которой AB равен l; натуральная длина пружины a; жесткость пружины такова, что при действии силы, равной весу груза M, она получает удлинение, равное b. Определить период T колебаний в том случае, когда l=a+b; массой пружины пренебречь и считать, что при колебаниях она остается растянутой.
РЕШЕНИЕ
32.21 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза M, если в начальный момент ∠BAM=φ0 и точке M сообщили начальную скорость v0, направленную по касательной к окружности вниз.
РЕШЕНИЕ
32.22 Тело E, масса которого равна m, находится на гладкой горизонтальной плоскости. К телу прикреплена пружина жесткости c, второй конец которой прикреплен к шарниру O1. Длина недеформированной пружины равна l0; в положении равновесия имеет конечный предварительный натяг, равный F0=c(l-l0), где l=OO1. Учитывая в горизонтальной составляющей упругой силы пружины лишь линейные члены относительно отклонения тела от положения равновесия, определить период малых колебаний тела.
РЕШЕНИЕ
32.23 Материальная точка массы m подвешена к концу нерастянутой пружины с коэффициентом жесткости c и отпущена с начальной скоростью v0, направленной вниз. Найти уравнение движения и период колебаний точки, если в момент времени, когда точка находилась в крайнем нижнем положении, к ней прикладывают силу Q=const, направленную вниз. Начало координат выбрать в положении статического равновесия, т.е. на расстоянии P/c от конца нерастянутой пружины.
РЕШЕНИЕ
32.24 Определить период свободных колебаний груза массы m, прикрепленного к двум параллельно включенным пружинам, и коэффициент жесткости пружины, эквивалентной данной двойной пружине, если груз расположен так, что удлинения обеих пружин, обладающих заданными коэффициентами жесткости c1 и c2, одинаковы.
РЕШЕНИЕ
32.25 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если его подвесили к нерастянутым пружинам и сообщили ему начальную скорость v0, направленную вверх.
РЕШЕНИЕ
32.26 Определить период свободных колебаний груза массы m, зажатого между двумя пружинами с разными коэффициентами жесткости c1 и c2.
РЕШЕНИЕ
32.27 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если в положении равновесия ему сообщили скорость v0, направленную вниз.
РЕШЕНИЕ
32.28 Определить коэффициент жесткости c пружины, эквивалентной двойной пружине, состоящей из двух последовательно включенных пружин с разными коэффициентами жесткости c1 и c2, и указать также период колебаний груза массы m, подвешенного на указанной двойной пружине.
РЕШЕНИЕ
32.29 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если в начальный момент он находился ниже положения равновесия на расстоянии x0 и ему сообщили скорость v0, направленную вверх.
РЕШЕНИЕ
32.30 Определить коэффициент жесткости составной пружины, состоящей из двух последовательно соединенных пружин с разными коэффициентами жесткости c1=9,8 Н/см и c2=29,4 Н/см. Найти период колебаний, амплитуду и уравнения движения груза массы 5 кг, подвешенного к указанной составной пружине, если в начальный момент груз был смещен из положения статического равновесия на 5 см вниз и ему была сообщена начальная скорость 49 см/с, направленная также вниз.
РЕШЕНИЕ
32.31 Тело A, масса которого равна m, может перемещаться по горизонтальной прямой. К телу прикреплена пружина, коэффициент жесткости которой c. Второй конец пружины укреплен в неподвижной точке B. При угле α=α0 пружина не деформирована. Определить частоту и период малых колебаний тела.
РЕШЕНИЕ
32.32 Точка A, масса которой равна m, прикреплена пружинами, как указано на рисунке. В исходном положении точка находится в равновесии и все пружины не напряжены. Определить коэффициент жесткости эквивалентной пружины при малых колебаниях точки вдоль оси x в абсолютно гладких направляющих и частоту свободных колебаний точки.
РЕШЕНИЕ
32.33 Определить коэффициент жесткости пружины, эквивалентной трем пружинам, показанным на рисунке, при колебаниях точки M в абсолютно гладких направляющих вдоль оси x. Решить ту же задачу, если направляющие расположены вдоль оси y. Определить частоты этих колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.34 Определить коэффициент жесткости эквивалентной пружины, если груз M массы m прикреплен к стержню, массой которого можно пренебречь. Стержень шарнирно закреплен в точке O и прикреплен тремя вертикальными пружинами к фундаменту. Коэффициенты жесткости пружин c1, c2, c3. Пружины прикреплены к стержню на расстояниях a1, a2, a3 от шарнира. Груз M прикреплен к стержню на расстоянии b от шарнира. В положении равновесия стержень горизонтален. Эквивалентная пружина крепится к стержню на расстоянии b от шарнира. Найти частоту малых колебаний груза.
РЕШЕНИЕ
32.35 Винтовая пружина состоит из n участков, коэффициенты жесткости которых соответственно равны c1, c2, ..., cn. Определить коэффициент жесткости c однородной пружины, эквивалентной данной, и период свободных колебаний точки, масса которой равна m.
РЕШЕНИЕ
32.36 Груз массы 10 кг, лежащий на абсолютно гладкой горизонтальной плоскости зажат между двумя пружинами одинаковой жесткости c=19,6 Н/см. В некоторый момент груз был сдвинут на 4 см от положения равновесия вправо и отпущен без начальной скорости. Найти уравнение движения, период колебаний, а также максимальную скорость груза.
РЕШЕНИЕ
32.37 Груз P массы m подвешен к стержню AB, который соединен двумя пружинами, с коэффициентами жесткости c2 и c3, со стержнем DE. Последний прикреплен к потолку в точке Н пружиной, коэффициент жесткости которой c1. При колебаниях стержни AB и DE остаются горизонтальными. Определить коэффициент жесткости одной эквивалентной пружины, при которой груз P будет колебаться с той же частотой. Найти период свободных колебаний груза. Массой стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.38 Определить собственную частоту колебаний груза Q массы m, подвешенного на конце упругой консоли длины l. Пружина, удерживающая груз, имеет жесткость c. Жесткость на конце консоли определяется формулой c1=3EJ/l3 (E — модуль упругости, J — момент инерции). Массой консоли пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.39 Колебания груза массы M=10 кг, лежащего на середине упругой балки жесткости c=20 Н/см, происходят с амплитудой 2 см. Определить величину начальной скорости груза, если в момент времени t=0 груз находился в положении равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.40 Груз Q массы m закреплен горизонтально натянутым тросом AB=l. При малых вертикальных колебаниях груза натяжение троса S можно считать постоянным. Определить частоту свободных колебаний груза, если расстояние груза от конца троса A равно a.
РЕШЕНИЕ
32.41 Груз веса 490,5 Н лежит посередине балки AB. Момент инерции поперечного сечения балки J=80 см4. Определить длину балки l из условия, чтобы период свободных колебаний груза на балке был равен T=1 c. Примечание. Статический прогиб балки определяется формулой f=Pl3/(48EJ), где модуль упругости Е=2,05*10^11 Н/м2.
РЕШЕНИЕ
32.42 Груз Q массы m зажат между двумя вертикальными пружинами с коэффициентами жесткости c1 и c2. Верхний конец первой пружины закреплен неподвижно, а нижний конец второй пружины прикреплен к середине балки. Определить длину балки l так, чтобы период колебаний груза был равен T. Момент инерции поперечного сечения балки J, модуль упругости E.
РЕШЕНИЕ
32.43 Найти уравнение движения и период колебаний груза Q массы m, подвешенного к пружине с коэффициентом жесткости c1, если пружина прикреплена к середине балки длины l. Жесткость балки на изгиб EJ. В начальный момент груз находился в положении статического равновесия и ему была сообщена скорость v0, направленная вниз.
РЕШЕНИЕ
32.44 Груз веса Q зажат между двумя вертикальными пружинами, коэффициенты жесткости которых равны c1 и c2. Верхний конец первой пружины закреплен неподвижно. Нижний конец второй пружины прикреплен к свободному концу балки, заделанной другим концом в стене. Зная, что свободный конец заделанной балки под действием силы P, приложенной к свободному концу балки, дает прогиб f = Pl3/(3EJ), где EJ — заданная жесткость балки при изгибе, определить длину балки l, при которой груз будет колебаться с данным периодом T. Найти уравнение движения груза, если в начальный момент он был подвешен к концам нерастянутых пружин и отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.45 Стержень OA длины l, на конце которого помещен груз массы m, может поворачиваться вокруг оси O. На расстоянии a от оси O к стержню прикреплена пружина с коэффициентом жесткости c. Определить собственную частоту колебаний груза, если стержень OA в положении равновесия занимает горизонтальное положение. Массой стержня пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.46 Груз P массы m подвешен на пружине к концу стержня длины l, который может поворачиваться вокруг оси O. Коэффициент жесткости пружины c1. Пружина, поддерживающая стержень, установлена на расстоянии b от точки O и имеет коэффициент жесткости c2. Определить собственную частоту колебаний груза P. Массой стержня пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.47 Для определения ускорения силы тяжести в данном месте земного шара производят два опыта. К концу пружины подвешивают груз P1 и измеряют статическое удлинение пружины l1. Затем к концу этой же пружины подвешивают другой груз P2 и опять измеряют статическое удлинение l2. После этого повторяют оба опыта, заставляя оба груза по очереди совершать свободные колебания, и измеряют при этом периоды колебаний T1 и T2. Второй опыт делают для того, чтобы учесть влияние массы самой пружины, считая, что при движении груза это влияние эквивалентно прибавлению к колеблющейся массе некоторой добавочной массы. Найти формулу для определения ускорения силы тяжести по этим опытным данным.
РЕШЕНИЕ
32.48 По горизонтальной хорде (пазу) вертикально расположенного круга движется без трения точка M массы 2 кг под действием силы притяжения F, пропорциональной по величине расстоянию до центра O, причем коэффициент пропорциональности 98 Н/м. Расстояние от центра круга до хорды равно 20 см, радиус окружности 40 см. Определить закон движения точки, если в начальный момент она находилась в правом крайнем положении M0 и отпущена без начальной скорости. С какой скоростью точка проходит через середину хорды?
РЕШЕНИЕ
32.49 К стержню AB, массой которого пренебречь, прикреплены три пружины. Две, с жесткостью c1 и c2, удерживают стержень и расположены на его концах. Третья пружина, жесткость которой c3, прикреплена к середине стержня и несет груз P массы m. Определить собственную частоту колебаний груза.
РЕШЕНИЕ
32.50 Груз массы 10 кг, прикрепленный к пружине с коэффициентом жесткости c=1,96 кН/м, совершает колебания. Определить полную механическую энергию груза и пружины, пренебрегая массой пружины, построить график зависимости упругой силы от перемещения и показать на нем потенциальную энергию пружины. Принять положение статического равновесия за начало отсчета потенциальной энергии.
РЕШЕНИЕ
32.51 Материальная точка массы m находится в поле действия силы с потенциалом П = (x2 + 4y2 + 16z2)k/2. Доказать, что при движении точки из любого (ненулевого) начального положения через некоторое время точка снова придет в это положение. Определить это время. Будет ли скорость при возвращении равна начальной скорости?
РЕШЕНИЕ
32.52 Материальная точка массы m находится в поле действия силы, потенциал которой П = (x2 + 2y2 + 5z2)k/2. Вернется ли точка в этом случае в исходное положение по прошествии некоторого времени?
РЕШЕНИЕ
32.53 Пластина D массы 100 г, подвешенная на пружине AB в неподвижной точке A, движется между полюсами магнита. Вследствие вихревых токов движение тормозится силой, пропорциональной скорости. Сила сопротивления движению равна kvФ2 Н, где k=0,001, v — скорость в м/с, Ф — магнитный поток между полюсами N и S. В начальный момент скорость пластинки равна нулю и пружина не растянута. Удлинение ее на 1 м получается при статическом действии силы в 19,6 Н, приложенной в точке B. Определить движение пластинки в том случае, когда Ф=10√5 Вб (вебер — единица магнитного потока в СИ).
РЕШЕНИЕ
32.54 Определить движение пластинки D при условиях предыдущей задачи в том случае, когда магнитный поток Ф=100 Вб.
РЕШЕНИЕ
32.55 Цилиндр веса P, радиуса r и высоты h подвешен на пружине AB, верхний конец которой B закреплен; цилиндр погружен в воду. В положении равновесия цилиндр погружается в воду на половину своей высоты. В начальный момент времени цилиндр был погружен в воду на 2/3 своей высоты и затем без начальной скорости пришел в движение по вертикальной прямой. Считая жесткость пружины равной c и предполагая, что действие воды сводится к добавочной архимедовой силе, определить движение цилиндра относительно положения равновесия. Принять удельный вес воды равным γ.
РЕШЕНИЕ
32.56 В предыдущей задаче определить колебательное движение цилиндра, если сопротивление воды пропорционально первой степени скорости и равно αv.
РЕШЕНИЕ
32.57 Тело A массы 0,5 кг лежит на негладкой горизонтальной плоскости и соединено с неподвижной точкой B пружиной, ось которой BC горизонтальна. Коэффициент трения тела о плоскость 0,2; пружина такова, что для удлинения ее на 1 см требуется сила 2,45 Н. Тело A отодвинуто от точки B так, что пружина вытянулась на 3 см, и затем отпущено без начальной скорости. Найти: 1) число размахов, которые совершит тело A, 2) величины размахов и 3) продолжительность T каждого из них. Тело остановится, когда в положении, где скорость его равна нулю, сила упругости пружины будет равна силе трения или меньше ее.
РЕШЕНИЕ
32.58 Груз массы M=20 кг, лежащий на наклонной негладкой плоскости, прикрепили к нерастянутой пружине и сообщили ему начальную скорость v0=0,5 м/с, направленную вниз. Коэффициент трения скольжения f=0,08, коэффициент жесткости пружины c=20 Н/см. Угол, образованный наклонной плоскостью с горизонтом, α=45°. Определить: 1) период колебаний, 2) число максимальных отклонений от положения равновесия, которые совершит груз, 3) величины этих отклонений
РЕШЕНИЕ
32.59 Тело массы M=0,5 кг совершает колебания на горизонтальной плоскости под действием двух одинаковых пружин, прикрепленных к телу одним концом и к неподвижной стойке — другим; оси пружин лежат на одной горизонтальной прямой. Коэффициенты жесткости пружин c1=c2=1,225 Н/см, коэффициент трения при движении тела f=0,2, при покое f0=0,25. В начальный момент тело было отодвинуто от своего среднего положения O вправо в положение x0=3 см и отпущено без начальной скорости. Найти: 1) область возможных равновесных положений тела — область застоя , 2) величину размахов тела, 3) число его размахов, 4) продолжительность каждого из них, 5) положение тела после колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.60 Под действием силы сопротивления R, пропорциональной первой степени скорости (R=αv), тело массы m, подвешенное к пружине жесткости c, совершает затухающие колебания. Определить, во сколько раз период затухающих колебаний T превосходит период незатухающих колебаний T0, если отношение n/k=0,1 (k2=c/m, n=α/(2m)).
РЕШЕНИЕ
32.61 В условиях предыдущей задачи определить, через сколько полных колебаний амплитуда уменьшится в сто раз.
РЕШЕНИЕ
32.62 Для определения сопротивления воды движению модели судна при очень малых скоростях модель M пустили плавать в сосуде, привязав нос и корму посредством двух одинаковых пружин A и B, силы натяжения которых пропорциональны удлинениям. Результаты наблюдений показали, что отклонения модели от положения равновесия после каждого размаха уменьшаются, составляя геометрическую прогрессию, знаменатель которой равен 0,9, а продолжительность каждого размаха T=0,5 c. Определить силу R сопротивления воды, приходящуюся на каждый килограмм массы модели, при скорости ее равной 1 м/с, предполагая, что сопротивление воды пропорционально первой степени скорости.
РЕШЕНИЕ
32.63 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения модели, если в начальный момент пружина A была растянута, а пружина B сжата на величину Δl=4 см и модель была отпущена без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.64 Для определения вязкости жидкости Кулон употреблял следующий метод: подвесив на пружине тонкую пластинку A, он заставлял ее колебаться сначала в воздухе, а затем в той жидкости, вязкость которой надлежало определить, и находил продолжительность одного размаха: T1 — в первом случае и T2 — во втором. Сила трения между пластинкой и жидкостью может быть выражена формулой 2Skv, где 2S — поверхность пластинки, v — ее скорость, k — коэффициент вязкости. Пренебрегая трением между пластинкой и воздухом, определить коэффициент k по найденным из опыта величинам T1 и T2, если масса пластинки равна m.
РЕШЕНИЕ
32.65 Тело массы 5 кг подвешено на пружине, коэффициент жесткости которой равен 2 кН/м. Сопротивление среды пропорционально скорости. Амплитуда после четырех колебаний уменьшилась в 12 раз. Определить период и логарифмический декремент колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.66 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения тела, если его подвесили к концу нерастянутой пружины и отпустили без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.67 Тело массы 6 кг, подвешенное на пружине, при отсутствии сопротивления колеблется с периодом T=0,4π c, а если действует сопротивление, пропорциональное первой степени скорости, с периодом T1=0,5π c. Найти коэффициент пропорциональности α в выражении силы сопротивления R =-αv и определить движение тела, если в начальный момент пружина была растянута из положения равновесия на 4 см и тело представлено самому себе.
РЕШЕНИЕ
32.68 Тело массы 1,96 кг, подвешенное на пружине, которая силой 4,9 Н растягивается на 10 см, при движении встречает сопротивление, пропорциональное первой степени скорости и при скорости 1 м/с равное 19,6 Н. В начальный момент пружина растянута из положения равновесия на 5 см и тело пришло в движение без начальной скорости. Найти закон этого движения.
РЕШЕНИЕ
32.69 Грузы массы m1=2 кг и m2=3 кг подвешены в положении статического равновесия к пружине, коэффициент жесткости которой c=392 Н/м. Масляный демпфер вызывает силу сопротивления, пропорциональную первой степени скорости и равную R=-αv, где α=98 Н*с/м. Груз m2 сняли. Найти после этого уравнение движения груза m1.
РЕШЕНИЕ
32.70 Статическое удлинение пружины под действием груза веса P равно f. На колеблющийся груз действует сила сопротивления среды, пропорциональная скорости. Определить наименьшее значение коэффициента сопротивления α, при котором процесс движения будет апериодическим. Найти период затухающих колебаний, если коэффициент сопротивления меньше найденного значения.
РЕШЕНИЕ
32.71 Груз массы 100 г, подвешенный к концу пружины, движется в жидкости. Коэффициент жесткости пружины c=19,6 Н/м. Сила сопротивления движению пропорциональна первой степени скорости груза: R=αv, где α=3,5 Н*с/м. Найти уравнение движения груза, если в начальный момент груз был смещен из положения равновесия на x0=1 см и отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.72 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза и построить график зависимости перемещения от времени, если в начальный момент груз смещен из положения статического равновесия на расстояние x0=1 см и ему сообщена начальная скорость 50 см/с в направлении, противоположном смещению.
РЕШЕНИЕ
32.73 В условиях задачи 32.71 в начальный момент груз смещен из положения равновесия на расстояние x0=5 см и ему сообщена начальная скорость v0=100 см/с в том же направлении. Найти уравнение движения груза и построить график зависимости перемещения от времени.
РЕШЕНИЕ
32.74 Составить дифференциальное уравнение малых колебаний тяжелой точки A, находящейся на конце стержня, закрепленного шарнирно в точке O, считая силу сопротивления среды пропорциональной первой степени скорости с коэффициентом пропорциональности α, и определить частоту затухающих колебаний. Вес точки A равен P, коэффициент жесткости пружины c, длина стержня l, расстояние OB=b. Массой стержня пренебречь. В положении равновесия стержень горизонтален. При каком значении коэффициента α движение будет апериодическим?
РЕШЕНИЕ
32.75 При колебаниях груза массы 20 кг, подвешенного на пружине, было замечено, что наибольшее отклонение после 10 полных колебаний уменьшилось вдвое. Груз совершил 10 полных колебаний за 9 c. Как велик коэффициент сопротивления α (при сопротивлении среды, пропорциональном первой степени скорости) и каково значение коэффициента жесткости c?
РЕШЕНИЕ
32.76 Составить дифференциальное уравнение малых колебаний точки A и определить частоту затухающих колебаний. Вес точки A равен P, коэффициент жесткости пружины c, расстояние OA=b, OB=l. Сила сопротивления среды пропорциональна первой степени скорости, коэффициент пропорциональности равен α. Массой стержня OB, шарнирно закрепленного в точке O, пренебречь. В положении равновесия стержень горизонтален. При каком значении коэффициента α движение будет апериодическим?
РЕШЕНИЕ
32.77 Тело массы 5 кг подвешено к концу пружины жесткости 20 Н/м и помещено в вязкую среду. Период его колебаний в этом случае равен 10 c. Найти постоянную демпфирования, логарифмический декремент колебаний и период свободных колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.78 Найти уравнение прямолинейного движения точки массы m, находящейся под действием восстанавливающей силы Q=-cx и постоянной силы F0. В начальный момент t=0, x0=0 и x0 =0. Найти также период колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.79 Определить уравнение прямолинейного движения точки массы m, находящейся под действием восстанавливающей силы Q=-cx и силы F=αt. В начальный момент точка находится в положении статического равновесия и скорость ее равна нулю.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ
32.2 При равномерном спуске груза массы M=2 т со скоростью v=5 м/с произошла неожиданная задержка верхнего конца троса, на котором опускался груз, из-за защемления троса в обойме блока. Пренебрегая массой троса, определить его наибольшее натяжение при последующих колебаниях груза, если коэффициент жесткости троса 4*10^6 Н/м.
РЕШЕНИЕ
32.3 Определить наибольшее натяжение троса в предыдущей задаче, если между грузом и тросом введена упругая пружина с коэффициентом жесткости c1=4*10^5 Н/м.
РЕШЕНИЕ
32.4 Груз Q, падая с высоты h=1 м без начальной скорости, ударяется об упругую горизонтальную балку в ее середине; концы балки закреплены. Написать уравнение дальнейшего движения груза на балке, отнеся движение к оси, проведенной вертикально вниз из положения статического равновесия груза на балке, если статический прогиб балки в ее середине при указанной нагрузке равен 0,5 см; массой балки пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.5 На каждую рессору вагона приходится нагрузка P Н; под этой нагрузкой рессора при равновесии прогибается на 5 см. Определить период T собственных колебаний вагона на рессорах. Упругое сопротивление рессоры пропорционально стреле ее прогиба.
РЕШЕНИЕ
32.6 Определить период свободных колебаний фундамента машины, поставленного на упругий грунт, если масса фундамента с машиной M=90 т, площадь подошвы фундамента S=15 м2, коэффициент жесткости грунта c=λS, где λ=30 Н/см3 — так называемая удельная жесткость грунта.
РЕШЕНИЕ
32.7 Найти период свободных вертикальных колебаний корабля на спокойной воде, если масса корабля M т, площадь его горизонтальной проекции S м2. Плотность воды ρ=1 т/м3. Силами, обусловленными вязкостью воды, пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.8 В условиях предыдущей задачи найти уравнения движения корабля, если он был спущен на воду с нулевой вертикальной скоростью.
РЕШЕНИЕ
32.9 Груз, вес которого равен P Н, подвешен на упругой нити к неподвижной точке. Выведенный из положения равновесия, груз начинает совершать колебания. Выразить длину нити x в функции времени и найти, какому условию должна удовлетворять начальная длина ее x0, чтобы во время движения гири нить оставалась натянутой. Натяжение нити пропорционально удлинению; длина ее в нерастянутом состоянии равна l; от действия статической нагрузки, равной q Н, нить удлиняется на 1 см. Начальная скорость груза равна нулю.
РЕШЕНИЕ
32.10 На два вращающихся в противоположные стороны, указанные на рисунке, цилиндрических шкива одинакового радиуса свободно положен однородный стержень; центры шкивов O1 и O2 находятся на горизонтальной прямой O1O2; расстояние O1O2=2l. Стержень приводится в движение силами трения, развивающимися в точках касания его со шкивами; эти силы пропорциональны давлению стержня на шкив, причем коэффициент пропорциональности (коэффициент трения) равен f. 1) Определить движение стержня после того, как мы сдвинем его из положения симметрии на x0 при v0=0. 2) Найти коэффициент трения f, зная, что период колебаний T стержня при l=25 см равен 2 c.
РЕШЕНИЕ
32.11 К одной и той же пружине подвесили сначала груз веса p, а во второй раз груз веса Зp. Определить, во сколько раз изменится период колебаний. Зная коэффициент жесткости пружины c, а также начальные условия (грузы подвешивались к концу нерастянутой пружины и отпускались без начальной скорости), найти уравнения движения грузов.
РЕШЕНИЕ
32.12 К пружине жесткости c=2 кН/м сначала подвесили груз массы 6 кг, а затем заменили его грузом вдвое большей массы. Определить частоты и периоды колебаний грузов.
РЕШЕНИЕ
32.13 К пружине, коэффициент жесткости которой равен c=19,6 Н/м, были подвешены два груза с массами m1=0,5 кг и m2=0,8 кг. Система находилась в покое в положении статического равновесия, когда груз m2 убрали. Найти уравнение движения, частоту, круговую частоту и период колебаний оставшегося груза.
РЕШЕНИЕ
32.14 Груз массы m1=2 кг, подвешенный к пружине, коэффициент жесткости которой c=98 Н/м, находится в равновесии. В некоторый момент к грузу m1 добавили груз m2=0,8 кг. Определить уравнение движения и период колебаний двух грузов.
РЕШЕНИЕ
32.15 Груз подвесили сначала к пружине с жесткостью c1=2 кН/м, а затем к пружине с жесткостью c2=4 кН/м. Найти отношение частот и отношение периодов колебаний груза в этих двух случаях.
РЕШЕНИЕ
32.16 Тело массы m находится на наклонной плоскости, составляющей угол α с вертикалью. К телу прикреплена пружина, жесткость которой c. Пружина параллельна наклонной плоскости. Найти уравнение движения тела, если в начальный момент оно было прикреплено к концу нерастянутой пружины и ему была сообщена начальная скорость v0, направленная вниз по наклонной плоскости. Начало координат взять в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.17 На гладкой плоскости, наклоненной к горизонту под углом α находится прикрепленный к пружине груз веса P. Статическое удлинение пружины равно f. Определить колебания груза, если в начальный момент пружина была растянута из ненапряженного состояния на длину, равную 3f, и груз отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.18 Тело массы M=12 кг, прикрепленное к концу пружины, совершает гармонические колебания. При помощи секундомера установлено, что тело совершило 100 полных колебаний за 45 c. После этого к концу пружины добавочно прикрепили груз массы M1=6 кг. Определить период колебаний двух грузов на пружине.
РЕШЕНИЕ
32.19 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения одного груза M и двух грузов M+M1, если в обоих случаях грузы были подвешены к концу нерастянутой пружины.
РЕШЕНИЕ
32.20 Груз M, подвешенный к неподвижной точке A на пружине, совершает малые гармонические колебания в вертикальной плоскости, скользя без трения по дуге окружности, диаметр которой AB равен l; натуральная длина пружины a; жесткость пружины такова, что при действии силы, равной весу груза M, она получает удлинение, равное b. Определить период T колебаний в том случае, когда l=a+b; массой пружины пренебречь и считать, что при колебаниях она остается растянутой.
РЕШЕНИЕ
32.21 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза M, если в начальный момент ∠BAM=φ0 и точке M сообщили начальную скорость v0, направленную по касательной к окружности вниз.
РЕШЕНИЕ
32.22 Тело E, масса которого равна m, находится на гладкой горизонтальной плоскости. К телу прикреплена пружина жесткости c, второй конец которой прикреплен к шарниру O1. Длина недеформированной пружины равна l0; в положении равновесия имеет конечный предварительный натяг, равный F0=c(l-l0), где l=OO1. Учитывая в горизонтальной составляющей упругой силы пружины лишь линейные члены относительно отклонения тела от положения равновесия, определить период малых колебаний тела.
РЕШЕНИЕ
32.23 Материальная точка массы m подвешена к концу нерастянутой пружины с коэффициентом жесткости c и отпущена с начальной скоростью v0, направленной вниз. Найти уравнение движения и период колебаний точки, если в момент времени, когда точка находилась в крайнем нижнем положении, к ней прикладывают силу Q=const, направленную вниз. Начало координат выбрать в положении статического равновесия, т.е. на расстоянии P/c от конца нерастянутой пружины.
РЕШЕНИЕ
32.24 Определить период свободных колебаний груза массы m, прикрепленного к двум параллельно включенным пружинам, и коэффициент жесткости пружины, эквивалентной данной двойной пружине, если груз расположен так, что удлинения обеих пружин, обладающих заданными коэффициентами жесткости c1 и c2, одинаковы.
РЕШЕНИЕ
32.25 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если его подвесили к нерастянутым пружинам и сообщили ему начальную скорость v0, направленную вверх.
РЕШЕНИЕ
32.26 Определить период свободных колебаний груза массы m, зажатого между двумя пружинами с разными коэффициентами жесткости c1 и c2.
РЕШЕНИЕ
32.27 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если в положении равновесия ему сообщили скорость v0, направленную вниз.
РЕШЕНИЕ
32.28 Определить коэффициент жесткости c пружины, эквивалентной двойной пружине, состоящей из двух последовательно включенных пружин с разными коэффициентами жесткости c1 и c2, и указать также период колебаний груза массы m, подвешенного на указанной двойной пружине.
РЕШЕНИЕ
32.29 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза, если в начальный момент он находился ниже положения равновесия на расстоянии x0 и ему сообщили скорость v0, направленную вверх.
РЕШЕНИЕ
32.30 Определить коэффициент жесткости составной пружины, состоящей из двух последовательно соединенных пружин с разными коэффициентами жесткости c1=9,8 Н/см и c2=29,4 Н/см. Найти период колебаний, амплитуду и уравнения движения груза массы 5 кг, подвешенного к указанной составной пружине, если в начальный момент груз был смещен из положения статического равновесия на 5 см вниз и ему была сообщена начальная скорость 49 см/с, направленная также вниз.
РЕШЕНИЕ
32.31 Тело A, масса которого равна m, может перемещаться по горизонтальной прямой. К телу прикреплена пружина, коэффициент жесткости которой c. Второй конец пружины укреплен в неподвижной точке B. При угле α=α0 пружина не деформирована. Определить частоту и период малых колебаний тела.
РЕШЕНИЕ
32.32 Точка A, масса которой равна m, прикреплена пружинами, как указано на рисунке. В исходном положении точка находится в равновесии и все пружины не напряжены. Определить коэффициент жесткости эквивалентной пружины при малых колебаниях точки вдоль оси x в абсолютно гладких направляющих и частоту свободных колебаний точки.
РЕШЕНИЕ
32.33 Определить коэффициент жесткости пружины, эквивалентной трем пружинам, показанным на рисунке, при колебаниях точки M в абсолютно гладких направляющих вдоль оси x. Решить ту же задачу, если направляющие расположены вдоль оси y. Определить частоты этих колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.34 Определить коэффициент жесткости эквивалентной пружины, если груз M массы m прикреплен к стержню, массой которого можно пренебречь. Стержень шарнирно закреплен в точке O и прикреплен тремя вертикальными пружинами к фундаменту. Коэффициенты жесткости пружин c1, c2, c3. Пружины прикреплены к стержню на расстояниях a1, a2, a3 от шарнира. Груз M прикреплен к стержню на расстоянии b от шарнира. В положении равновесия стержень горизонтален. Эквивалентная пружина крепится к стержню на расстоянии b от шарнира. Найти частоту малых колебаний груза.
РЕШЕНИЕ
32.35 Винтовая пружина состоит из n участков, коэффициенты жесткости которых соответственно равны c1, c2, ..., cn. Определить коэффициент жесткости c однородной пружины, эквивалентной данной, и период свободных колебаний точки, масса которой равна m.
РЕШЕНИЕ
32.36 Груз массы 10 кг, лежащий на абсолютно гладкой горизонтальной плоскости зажат между двумя пружинами одинаковой жесткости c=19,6 Н/см. В некоторый момент груз был сдвинут на 4 см от положения равновесия вправо и отпущен без начальной скорости. Найти уравнение движения, период колебаний, а также максимальную скорость груза.
РЕШЕНИЕ
32.37 Груз P массы m подвешен к стержню AB, который соединен двумя пружинами, с коэффициентами жесткости c2 и c3, со стержнем DE. Последний прикреплен к потолку в точке Н пружиной, коэффициент жесткости которой c1. При колебаниях стержни AB и DE остаются горизонтальными. Определить коэффициент жесткости одной эквивалентной пружины, при которой груз P будет колебаться с той же частотой. Найти период свободных колебаний груза. Массой стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.38 Определить собственную частоту колебаний груза Q массы m, подвешенного на конце упругой консоли длины l. Пружина, удерживающая груз, имеет жесткость c. Жесткость на конце консоли определяется формулой c1=3EJ/l3 (E — модуль упругости, J — момент инерции). Массой консоли пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.39 Колебания груза массы M=10 кг, лежащего на середине упругой балки жесткости c=20 Н/см, происходят с амплитудой 2 см. Определить величину начальной скорости груза, если в момент времени t=0 груз находился в положении равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.40 Груз Q массы m закреплен горизонтально натянутым тросом AB=l. При малых вертикальных колебаниях груза натяжение троса S можно считать постоянным. Определить частоту свободных колебаний груза, если расстояние груза от конца троса A равно a.
РЕШЕНИЕ
32.41 Груз веса 490,5 Н лежит посередине балки AB. Момент инерции поперечного сечения балки J=80 см4. Определить длину балки l из условия, чтобы период свободных колебаний груза на балке был равен T=1 c. Примечание. Статический прогиб балки определяется формулой f=Pl3/(48EJ), где модуль упругости Е=2,05*10^11 Н/м2.
РЕШЕНИЕ
32.42 Груз Q массы m зажат между двумя вертикальными пружинами с коэффициентами жесткости c1 и c2. Верхний конец первой пружины закреплен неподвижно, а нижний конец второй пружины прикреплен к середине балки. Определить длину балки l так, чтобы период колебаний груза был равен T. Момент инерции поперечного сечения балки J, модуль упругости E.
РЕШЕНИЕ
32.43 Найти уравнение движения и период колебаний груза Q массы m, подвешенного к пружине с коэффициентом жесткости c1, если пружина прикреплена к середине балки длины l. Жесткость балки на изгиб EJ. В начальный момент груз находился в положении статического равновесия и ему была сообщена скорость v0, направленная вниз.
РЕШЕНИЕ
32.44 Груз веса Q зажат между двумя вертикальными пружинами, коэффициенты жесткости которых равны c1 и c2. Верхний конец первой пружины закреплен неподвижно. Нижний конец второй пружины прикреплен к свободному концу балки, заделанной другим концом в стене. Зная, что свободный конец заделанной балки под действием силы P, приложенной к свободному концу балки, дает прогиб f = Pl3/(3EJ), где EJ — заданная жесткость балки при изгибе, определить длину балки l, при которой груз будет колебаться с данным периодом T. Найти уравнение движения груза, если в начальный момент он был подвешен к концам нерастянутых пружин и отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.45 Стержень OA длины l, на конце которого помещен груз массы m, может поворачиваться вокруг оси O. На расстоянии a от оси O к стержню прикреплена пружина с коэффициентом жесткости c. Определить собственную частоту колебаний груза, если стержень OA в положении равновесия занимает горизонтальное положение. Массой стержня пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.46 Груз P массы m подвешен на пружине к концу стержня длины l, который может поворачиваться вокруг оси O. Коэффициент жесткости пружины c1. Пружина, поддерживающая стержень, установлена на расстоянии b от точки O и имеет коэффициент жесткости c2. Определить собственную частоту колебаний груза P. Массой стержня пренебречь.
РЕШЕНИЕ
32.47 Для определения ускорения силы тяжести в данном месте земного шара производят два опыта. К концу пружины подвешивают груз P1 и измеряют статическое удлинение пружины l1. Затем к концу этой же пружины подвешивают другой груз P2 и опять измеряют статическое удлинение l2. После этого повторяют оба опыта, заставляя оба груза по очереди совершать свободные колебания, и измеряют при этом периоды колебаний T1 и T2. Второй опыт делают для того, чтобы учесть влияние массы самой пружины, считая, что при движении груза это влияние эквивалентно прибавлению к колеблющейся массе некоторой добавочной массы. Найти формулу для определения ускорения силы тяжести по этим опытным данным.
РЕШЕНИЕ
32.48 По горизонтальной хорде (пазу) вертикально расположенного круга движется без трения точка M массы 2 кг под действием силы притяжения F, пропорциональной по величине расстоянию до центра O, причем коэффициент пропорциональности 98 Н/м. Расстояние от центра круга до хорды равно 20 см, радиус окружности 40 см. Определить закон движения точки, если в начальный момент она находилась в правом крайнем положении M0 и отпущена без начальной скорости. С какой скоростью точка проходит через середину хорды?
РЕШЕНИЕ
32.49 К стержню AB, массой которого пренебречь, прикреплены три пружины. Две, с жесткостью c1 и c2, удерживают стержень и расположены на его концах. Третья пружина, жесткость которой c3, прикреплена к середине стержня и несет груз P массы m. Определить собственную частоту колебаний груза.
РЕШЕНИЕ
32.50 Груз массы 10 кг, прикрепленный к пружине с коэффициентом жесткости c=1,96 кН/м, совершает колебания. Определить полную механическую энергию груза и пружины, пренебрегая массой пружины, построить график зависимости упругой силы от перемещения и показать на нем потенциальную энергию пружины. Принять положение статического равновесия за начало отсчета потенциальной энергии.
РЕШЕНИЕ
32.51 Материальная точка массы m находится в поле действия силы с потенциалом П = (x2 + 4y2 + 16z2)k/2. Доказать, что при движении точки из любого (ненулевого) начального положения через некоторое время точка снова придет в это положение. Определить это время. Будет ли скорость при возвращении равна начальной скорости?
РЕШЕНИЕ
32.52 Материальная точка массы m находится в поле действия силы, потенциал которой П = (x2 + 2y2 + 5z2)k/2. Вернется ли точка в этом случае в исходное положение по прошествии некоторого времени?
РЕШЕНИЕ
32.53 Пластина D массы 100 г, подвешенная на пружине AB в неподвижной точке A, движется между полюсами магнита. Вследствие вихревых токов движение тормозится силой, пропорциональной скорости. Сила сопротивления движению равна kvФ2 Н, где k=0,001, v — скорость в м/с, Ф — магнитный поток между полюсами N и S. В начальный момент скорость пластинки равна нулю и пружина не растянута. Удлинение ее на 1 м получается при статическом действии силы в 19,6 Н, приложенной в точке B. Определить движение пластинки в том случае, когда Ф=10√5 Вб (вебер — единица магнитного потока в СИ).
РЕШЕНИЕ
32.54 Определить движение пластинки D при условиях предыдущей задачи в том случае, когда магнитный поток Ф=100 Вб.
РЕШЕНИЕ
32.55 Цилиндр веса P, радиуса r и высоты h подвешен на пружине AB, верхний конец которой B закреплен; цилиндр погружен в воду. В положении равновесия цилиндр погружается в воду на половину своей высоты. В начальный момент времени цилиндр был погружен в воду на 2/3 своей высоты и затем без начальной скорости пришел в движение по вертикальной прямой. Считая жесткость пружины равной c и предполагая, что действие воды сводится к добавочной архимедовой силе, определить движение цилиндра относительно положения равновесия. Принять удельный вес воды равным γ.
РЕШЕНИЕ
32.56 В предыдущей задаче определить колебательное движение цилиндра, если сопротивление воды пропорционально первой степени скорости и равно αv.
РЕШЕНИЕ
32.57 Тело A массы 0,5 кг лежит на негладкой горизонтальной плоскости и соединено с неподвижной точкой B пружиной, ось которой BC горизонтальна. Коэффициент трения тела о плоскость 0,2; пружина такова, что для удлинения ее на 1 см требуется сила 2,45 Н. Тело A отодвинуто от точки B так, что пружина вытянулась на 3 см, и затем отпущено без начальной скорости. Найти: 1) число размахов, которые совершит тело A, 2) величины размахов и 3) продолжительность T каждого из них. Тело остановится, когда в положении, где скорость его равна нулю, сила упругости пружины будет равна силе трения или меньше ее.
РЕШЕНИЕ
32.58 Груз массы M=20 кг, лежащий на наклонной негладкой плоскости, прикрепили к нерастянутой пружине и сообщили ему начальную скорость v0=0,5 м/с, направленную вниз. Коэффициент трения скольжения f=0,08, коэффициент жесткости пружины c=20 Н/см. Угол, образованный наклонной плоскостью с горизонтом, α=45°. Определить: 1) период колебаний, 2) число максимальных отклонений от положения равновесия, которые совершит груз, 3) величины этих отклонений
РЕШЕНИЕ
32.59 Тело массы M=0,5 кг совершает колебания на горизонтальной плоскости под действием двух одинаковых пружин, прикрепленных к телу одним концом и к неподвижной стойке — другим; оси пружин лежат на одной горизонтальной прямой. Коэффициенты жесткости пружин c1=c2=1,225 Н/см, коэффициент трения при движении тела f=0,2, при покое f0=0,25. В начальный момент тело было отодвинуто от своего среднего положения O вправо в положение x0=3 см и отпущено без начальной скорости. Найти: 1) область возможных равновесных положений тела — область застоя , 2) величину размахов тела, 3) число его размахов, 4) продолжительность каждого из них, 5) положение тела после колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.60 Под действием силы сопротивления R, пропорциональной первой степени скорости (R=αv), тело массы m, подвешенное к пружине жесткости c, совершает затухающие колебания. Определить, во сколько раз период затухающих колебаний T превосходит период незатухающих колебаний T0, если отношение n/k=0,1 (k2=c/m, n=α/(2m)).
РЕШЕНИЕ
32.61 В условиях предыдущей задачи определить, через сколько полных колебаний амплитуда уменьшится в сто раз.
РЕШЕНИЕ
32.62 Для определения сопротивления воды движению модели судна при очень малых скоростях модель M пустили плавать в сосуде, привязав нос и корму посредством двух одинаковых пружин A и B, силы натяжения которых пропорциональны удлинениям. Результаты наблюдений показали, что отклонения модели от положения равновесия после каждого размаха уменьшаются, составляя геометрическую прогрессию, знаменатель которой равен 0,9, а продолжительность каждого размаха T=0,5 c. Определить силу R сопротивления воды, приходящуюся на каждый килограмм массы модели, при скорости ее равной 1 м/с, предполагая, что сопротивление воды пропорционально первой степени скорости.
РЕШЕНИЕ
32.63 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения модели, если в начальный момент пружина A была растянута, а пружина B сжата на величину Δl=4 см и модель была отпущена без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.64 Для определения вязкости жидкости Кулон употреблял следующий метод: подвесив на пружине тонкую пластинку A, он заставлял ее колебаться сначала в воздухе, а затем в той жидкости, вязкость которой надлежало определить, и находил продолжительность одного размаха: T1 — в первом случае и T2 — во втором. Сила трения между пластинкой и жидкостью может быть выражена формулой 2Skv, где 2S — поверхность пластинки, v — ее скорость, k — коэффициент вязкости. Пренебрегая трением между пластинкой и воздухом, определить коэффициент k по найденным из опыта величинам T1 и T2, если масса пластинки равна m.
РЕШЕНИЕ
32.65 Тело массы 5 кг подвешено на пружине, коэффициент жесткости которой равен 2 кН/м. Сопротивление среды пропорционально скорости. Амплитуда после четырех колебаний уменьшилась в 12 раз. Определить период и логарифмический декремент колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.66 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения тела, если его подвесили к концу нерастянутой пружины и отпустили без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.67 Тело массы 6 кг, подвешенное на пружине, при отсутствии сопротивления колеблется с периодом T=0,4π c, а если действует сопротивление, пропорциональное первой степени скорости, с периодом T1=0,5π c. Найти коэффициент пропорциональности α в выражении силы сопротивления R =-αv и определить движение тела, если в начальный момент пружина была растянута из положения равновесия на 4 см и тело представлено самому себе.
РЕШЕНИЕ
32.68 Тело массы 1,96 кг, подвешенное на пружине, которая силой 4,9 Н растягивается на 10 см, при движении встречает сопротивление, пропорциональное первой степени скорости и при скорости 1 м/с равное 19,6 Н. В начальный момент пружина растянута из положения равновесия на 5 см и тело пришло в движение без начальной скорости. Найти закон этого движения.
РЕШЕНИЕ
32.69 Грузы массы m1=2 кг и m2=3 кг подвешены в положении статического равновесия к пружине, коэффициент жесткости которой c=392 Н/м. Масляный демпфер вызывает силу сопротивления, пропорциональную первой степени скорости и равную R=-αv, где α=98 Н*с/м. Груз m2 сняли. Найти после этого уравнение движения груза m1.
РЕШЕНИЕ
32.70 Статическое удлинение пружины под действием груза веса P равно f. На колеблющийся груз действует сила сопротивления среды, пропорциональная скорости. Определить наименьшее значение коэффициента сопротивления α, при котором процесс движения будет апериодическим. Найти период затухающих колебаний, если коэффициент сопротивления меньше найденного значения.
РЕШЕНИЕ
32.71 Груз массы 100 г, подвешенный к концу пружины, движется в жидкости. Коэффициент жесткости пружины c=19,6 Н/м. Сила сопротивления движению пропорциональна первой степени скорости груза: R=αv, где α=3,5 Н*с/м. Найти уравнение движения груза, если в начальный момент груз был смещен из положения равновесия на x0=1 см и отпущен без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.72 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения груза и построить график зависимости перемещения от времени, если в начальный момент груз смещен из положения статического равновесия на расстояние x0=1 см и ему сообщена начальная скорость 50 см/с в направлении, противоположном смещению.
РЕШЕНИЕ
32.73 В условиях задачи 32.71 в начальный момент груз смещен из положения равновесия на расстояние x0=5 см и ему сообщена начальная скорость v0=100 см/с в том же направлении. Найти уравнение движения груза и построить график зависимости перемещения от времени.
РЕШЕНИЕ
32.74 Составить дифференциальное уравнение малых колебаний тяжелой точки A, находящейся на конце стержня, закрепленного шарнирно в точке O, считая силу сопротивления среды пропорциональной первой степени скорости с коэффициентом пропорциональности α, и определить частоту затухающих колебаний. Вес точки A равен P, коэффициент жесткости пружины c, длина стержня l, расстояние OB=b. Массой стержня пренебречь. В положении равновесия стержень горизонтален. При каком значении коэффициента α движение будет апериодическим?
РЕШЕНИЕ
32.75 При колебаниях груза массы 20 кг, подвешенного на пружине, было замечено, что наибольшее отклонение после 10 полных колебаний уменьшилось вдвое. Груз совершил 10 полных колебаний за 9 c. Как велик коэффициент сопротивления α (при сопротивлении среды, пропорциональном первой степени скорости) и каково значение коэффициента жесткости c?
РЕШЕНИЕ
32.76 Составить дифференциальное уравнение малых колебаний точки A и определить частоту затухающих колебаний. Вес точки A равен P, коэффициент жесткости пружины c, расстояние OA=b, OB=l. Сила сопротивления среды пропорциональна первой степени скорости, коэффициент пропорциональности равен α. Массой стержня OB, шарнирно закрепленного в точке O, пренебречь. В положении равновесия стержень горизонтален. При каком значении коэффициента α движение будет апериодическим?
РЕШЕНИЕ
32.77 Тело массы 5 кг подвешено к концу пружины жесткости 20 Н/м и помещено в вязкую среду. Период его колебаний в этом случае равен 10 c. Найти постоянную демпфирования, логарифмический декремент колебаний и период свободных колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.78 Найти уравнение прямолинейного движения точки массы m, находящейся под действием восстанавливающей силы Q=-cx и постоянной силы F0. В начальный момент t=0, x0=0 и x0 =0. Найти также период колебаний.
РЕШЕНИЕ
32.79 Определить уравнение прямолинейного движения точки массы m, находящейся под действием восстанавливающей силы Q=-cx и силы F=αt. В начальный момент точка находится в положении статического равновесия и скорость ее равна нулю.
РЕШЕНИЕ
32.80 Найти уравнение прямолинейного движения точки массы m, на которую действует восстанавливающая сила Q=-cx и сила F=F0e-?t, если в начальный момент точка находилась в положении равновесия в состоянии покоя.
РЕШЕНИЕ
32.81 Ha пружине, коэффициент жесткости которой c=19,6 Н/м, подвешен магнитный стержень массы 100 г. Нижний конец магнита проходит через катушку, по которой идет переменный ток i=20 sin 8?t A. Ток идет с момента времени t=0, втягивая стержень в соленоид; до этого момента магнитный стержень висел на пружине неподвижно. Сила взаимодействия между магнитом и катушкой определяется равенством F=0,016?i Н. Определить вынужденные колебания магнита.
РЕШЕНИЕ
32.82 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения магнитного стержня, если его подвесили к концу нерастянутой пружины и отпустили без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.83 В условиях задачи 32.81 найти уравнение движения магнитного стержня, если ему в положении статического равновесия сообщили начальную скорость v0=5 см/с.
РЕШЕНИЕ
32.84 Гиря M подвешена на пружине AB, верхний конец которой совершает гармонические колебания по вертикальной прямой амплитуды a и частоты n, так что O1C=a sin nt см. Определить вынужденные колебания гири M при следующих данных: масса гири равна 400 г, от действия силы 39,2 Н пружина удлиняется на 1 м, a=2 см, n=7 рад/с.
РЕШЕНИЕ
32.85 Определить движение гири M (см. задачу 32.84), подвешенной на пружине AB, верхний конец которой A совершает гармонические колебания по вертикали амплитуды a и круговой частоты k, статическое растяжение пружины под действием веса гири равно ?. В начальный момент точка A занимает свое среднее положение, а гиря M находится в покое; начальное положение гири принять за начало координат, а ось Ox направить по вертикали вниз.
РЕШЕНИЕ
32.86 Статический прогиб рессор груженого товарного вагона ?lст=5 см. Определить критическую скорость движения вагона, при которой начнется галопирование вагона, если на стыках рельсов вагон испытывает толчки, вызывающие вынужденные колебания вагона на рессорах; длина рельсов L=12 м.
РЕШЕНИЕ
32.87 Индикатор машины состоит из цилиндра A, в котором ходит поршень B, упирающийся в пружину D; с поршнем соединен стержень BC, к которому прикреплен пишущий штифт C. Предполагая, что давление пара, выраженное в паскалях, изменяется согласно формуле p = 10^5(4 + 3 sin 2?t/T), где T — время одного оборота вала, определить амплитуду вынужденных колебаний штифта C, если вал совершает 180 об/мин, при следующих данных: площадь поршня индикатора ?=4 см2, масса подвижной части индикатора 1 кг, пружина сжимается на 1 см силой 29,4 Н.
РЕШЕНИЕ
32.88 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения штифта C, если в начальный момент система находилась в покое в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.89 Груз массы m=200 г, подвешенный к пружине, коэффициент жесткости которой 9,8 Н/см находится под действием силы S=H sin pt, где H=20 Н, p=50 рад/с. В начальный момент x0=2 см, v0=10 см/с. Начало координат выбрано в положении статического равновесия. Найти уравнение движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.90 В условиях предыдущей задачи изменилась частота возмущающей силы, получив значение p=70 рад/с. Определить уравнение движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.91 Груз массы 24,5 кг висит на пружине жесткости 392 Н/м. На груз начинает действовать сила F(t)=156,8 sin 4t Н. Определить закон движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.92 Груз массы 24,5 кг висит на пружине жесткости 392 Н/м. Определить движение груза, если на него начинает действовать сила F=39,2 cos 6t Н.
РЕШЕНИЕ
32.93 Груз на пружине колеблется так, что его движение описывается дифференциальным уравнением mx + cx = 5 cos ?t + 2 cos 3?t. Найти закон движения груза, если в начальный момент его смещение и скорость были равны нулю, а также определить, при каких значениях ? наступит резонанс.
РЕШЕНИЕ
32.94 На пружине, коэффициент жесткости которой c=19,6 Н/м, подвешены магнитный стержень массы 50 г, проходящий через соленоид, и медная пластинка массы 50 г, проходящая между полюсами магнита. По соленоиду течет ток i=20 sin 8?t A, который развивает силу взаимодействия с магнитным стержнем 0,016?i Н. Сила торможения медной пластинки вследствие вихревых токов равна kvФ2, где k=0,001, Ф=10v5 Вб и v — скорость пластинки в м/с. Определить вынужденные колебания пластинки.
РЕШЕНИЕ
32.95 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения пластинки, если ее подвесили вместе с магнитным стержнем к концу нерастянутой пружины и сообщили им начальную скорость 5 см/с, направленную вниз.
РЕШЕНИЕ
32.96 Материальная точка массы m=2 кг подвешена к пружине, коэффициент жесткости которой 4 кН/м. На точку действуют возмущающая сила S=120 sin(pt+?) Н и сила сопротивления движению, пропорциональная первой степени скорости и равная R=0,5v(mc)v Н. Чему равно наибольшее значение Amax амплитуды вынужденных колебаний? При какой частоте p амплитуда вынужденных колебаний достигает наибольшего значения?
РЕШЕНИЕ
32.97 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения точки, если в начальный момент времени ее положение и скорость были равны: x0=2 см, v0=3 см/с. Частота возмущающей силы p=30 рад/с, начальная фаза возмущающей силы ?=0. Начало координат выбрано в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.98 Материальная точка массы 3 кг подвешена на пружине с коэффициентом жесткости c=117,6 Н/м. На точку действуют возмущающая сила F=H sin(6,26t+?) Н и сила вязкого сопротивления среды R=-?v (R в Н). Как изменится амплитуда вынужденных колебаний точки, если вследствие изменения температуры вязкость среды (коэффициент ?) увеличится в три раза?
РЕШЕНИЕ
32.99 Тело массы 2 кг, прикрепленное пружиной к неподвижной точке A, движется по гладкой наклонной плоскости, образующей угол ? с горизонтом, под действием возмущающей силы S=180 sin 10t Н и силы сопротивления, пропорциональной скорости R=-29,4v (R в Н). Коэффициент жесткости пружины c=5 кН/м. В начальный момент тело находилось в покое в положении статического равновесия. Найти уравнение движения тела, периоды T свободных и T1 вынужденных колебаний, сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.100 На тело массы 0,4 кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c=4 кН/м, действуют сила S=40 sin 50t Н и сила сопротивления среды R=-?v, где ?=25 Н*с/м, v — скорость тела (v в м/с). В начальный момент тело покоится в положении статического равновесия. Найти закон движения тела и определить значение частоты возмущающей силы, при котором амплитуда вынужденных колебаний будет максимальной.
РЕШЕНИЕ
32.101 На тело массы M кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c Н/м, действуют возмущающая сила S=H sin pt Н и сила сопротивления R=-?v (R в Н), где v — скорость тела. В начальный момент тело находилось в положении статического равновесия и не имело начальной скорости. Найти уравнение движения тела, если c>?2/(4M).
РЕШЕНИЕ
32.102 На тело массы 6 кг, подвешенное к пружине с жесткостью c=17,64 кН/м, действует возмущающая сила P0 sin pt. Сопротивление жидкости пропорционально скорости. Каким должен быть коэффициент сопротивления ? вязкой жидкости, чтобы максимальная амплитуда вынужденных колебаний равнялась утроенному значению статического удлинения пружины? Чему равняется коэффициент расстройки z (отношение круговой частоты вынужденных колебаний к круговой частоте свободных колебаний)? Найти сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.103 На тело массы 0,1 кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c=5 кН/м, действует сила S=H sin pt, где H=100 Н, p=100 рад/с, и сила сопротивления R=?v Н, где ?=50 Н*с/м. Написать уравнение вынужденных колебаний и определить значение частоты p, при котором амплитуда вынужденных колебаний будет максимальной.
РЕШЕНИЕ
32.104 В условиях предыдущей задачи определить сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.105 Груз массы 0,2 кг подвешен на пружине, коэффициент жесткости которой равен c=19,6 Н/м. На груз действуют возмущающая сила S=0,2 sin 14t Н и сила сопротивления R=49v Н. Определить сдвиг фаз вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.106 В условиях предыдущей задачи найти коэффициент жесткости c1 новой пружины, которой нужно заменить данную пружину, чтобы сдвиг фаз вынужденных колебаний и возмущающей силы стал равным ?/2.
РЕШЕНИЕ
32.107 Для уменьшения действия на тело массы m возмущающей силы F=F0 sin(pt+?) устанавливают пружинный амортизатор с жидкостным демпфером. Коэффициент жесткости пружины c. Считая, что сила сопротивления пропорциональна первой степени скорости (Fсопр=?v), найти максимальное динамическое давление всей системы на фундамент при установившихся колебаниях.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ
32.81 Ha пружине, коэффициент жесткости которой c=19,6 Н/м, подвешен магнитный стержень массы 100 г. Нижний конец магнита проходит через катушку, по которой идет переменный ток i=20 sin 8?t A. Ток идет с момента времени t=0, втягивая стержень в соленоид; до этого момента магнитный стержень висел на пружине неподвижно. Сила взаимодействия между магнитом и катушкой определяется равенством F=0,016?i Н. Определить вынужденные колебания магнита.
РЕШЕНИЕ
32.82 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения магнитного стержня, если его подвесили к концу нерастянутой пружины и отпустили без начальной скорости.
РЕШЕНИЕ
32.83 В условиях задачи 32.81 найти уравнение движения магнитного стержня, если ему в положении статического равновесия сообщили начальную скорость v0=5 см/с.
РЕШЕНИЕ
32.84 Гиря M подвешена на пружине AB, верхний конец которой совершает гармонические колебания по вертикальной прямой амплитуды a и частоты n, так что O1C=a sin nt см. Определить вынужденные колебания гири M при следующих данных: масса гири равна 400 г, от действия силы 39,2 Н пружина удлиняется на 1 м, a=2 см, n=7 рад/с.
РЕШЕНИЕ
32.85 Определить движение гири M (см. задачу 32.84), подвешенной на пружине AB, верхний конец которой A совершает гармонические колебания по вертикали амплитуды a и круговой частоты k, статическое растяжение пружины под действием веса гири равно ?. В начальный момент точка A занимает свое среднее положение, а гиря M находится в покое; начальное положение гири принять за начало координат, а ось Ox направить по вертикали вниз.
РЕШЕНИЕ
32.86 Статический прогиб рессор груженого товарного вагона ?lст=5 см. Определить критическую скорость движения вагона, при которой начнется галопирование вагона, если на стыках рельсов вагон испытывает толчки, вызывающие вынужденные колебания вагона на рессорах; длина рельсов L=12 м.
РЕШЕНИЕ
32.87 Индикатор машины состоит из цилиндра A, в котором ходит поршень B, упирающийся в пружину D; с поршнем соединен стержень BC, к которому прикреплен пишущий штифт C. Предполагая, что давление пара, выраженное в паскалях, изменяется согласно формуле p = 10^5(4 + 3 sin 2?t/T), где T — время одного оборота вала, определить амплитуду вынужденных колебаний штифта C, если вал совершает 180 об/мин, при следующих данных: площадь поршня индикатора ?=4 см2, масса подвижной части индикатора 1 кг, пружина сжимается на 1 см силой 29,4 Н.
РЕШЕНИЕ
32.88 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения штифта C, если в начальный момент система находилась в покое в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.89 Груз массы m=200 г, подвешенный к пружине, коэффициент жесткости которой 9,8 Н/см находится под действием силы S=H sin pt, где H=20 Н, p=50 рад/с. В начальный момент x0=2 см, v0=10 см/с. Начало координат выбрано в положении статического равновесия. Найти уравнение движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.90 В условиях предыдущей задачи изменилась частота возмущающей силы, получив значение p=70 рад/с. Определить уравнение движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.91 Груз массы 24,5 кг висит на пружине жесткости 392 Н/м. На груз начинает действовать сила F(t)=156,8 sin 4t Н. Определить закон движения груза.
РЕШЕНИЕ
32.92 Груз массы 24,5 кг висит на пружине жесткости 392 Н/м. Определить движение груза, если на него начинает действовать сила F=39,2 cos 6t Н.
РЕШЕНИЕ
32.93 Груз на пружине колеблется так, что его движение описывается дифференциальным уравнением mx + cx = 5 cos ?t + 2 cos 3?t. Найти закон движения груза, если в начальный момент его смещение и скорость были равны нулю, а также определить, при каких значениях ? наступит резонанс.
РЕШЕНИЕ
32.94 На пружине, коэффициент жесткости которой c=19,6 Н/м, подвешены магнитный стержень массы 50 г, проходящий через соленоид, и медная пластинка массы 50 г, проходящая между полюсами магнита. По соленоиду течет ток i=20 sin 8?t A, который развивает силу взаимодействия с магнитным стержнем 0,016?i Н. Сила торможения медной пластинки вследствие вихревых токов равна kvФ2, где k=0,001, Ф=10v5 Вб и v — скорость пластинки в м/с. Определить вынужденные колебания пластинки.
РЕШЕНИЕ
32.95 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения пластинки, если ее подвесили вместе с магнитным стержнем к концу нерастянутой пружины и сообщили им начальную скорость 5 см/с, направленную вниз.
РЕШЕНИЕ
32.96 Материальная точка массы m=2 кг подвешена к пружине, коэффициент жесткости которой 4 кН/м. На точку действуют возмущающая сила S=120 sin(pt+?) Н и сила сопротивления движению, пропорциональная первой степени скорости и равная R=0,5v(mc)v Н. Чему равно наибольшее значение Amax амплитуды вынужденных колебаний? При какой частоте p амплитуда вынужденных колебаний достигает наибольшего значения?
РЕШЕНИЕ
32.97 В условиях предыдущей задачи найти уравнение движения точки, если в начальный момент времени ее положение и скорость были равны: x0=2 см, v0=3 см/с. Частота возмущающей силы p=30 рад/с, начальная фаза возмущающей силы ?=0. Начало координат выбрано в положении статического равновесия.
РЕШЕНИЕ
32.98 Материальная точка массы 3 кг подвешена на пружине с коэффициентом жесткости c=117,6 Н/м. На точку действуют возмущающая сила F=H sin(6,26t+?) Н и сила вязкого сопротивления среды R=-?v (R в Н). Как изменится амплитуда вынужденных колебаний точки, если вследствие изменения температуры вязкость среды (коэффициент ?) увеличится в три раза?
РЕШЕНИЕ
32.99 Тело массы 2 кг, прикрепленное пружиной к неподвижной точке A, движется по гладкой наклонной плоскости, образующей угол ? с горизонтом, под действием возмущающей силы S=180 sin 10t Н и силы сопротивления, пропорциональной скорости R=-29,4v (R в Н). Коэффициент жесткости пружины c=5 кН/м. В начальный момент тело находилось в покое в положении статического равновесия. Найти уравнение движения тела, периоды T свободных и T1 вынужденных колебаний, сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.100 На тело массы 0,4 кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c=4 кН/м, действуют сила S=40 sin 50t Н и сила сопротивления среды R=-?v, где ?=25 Н*с/м, v — скорость тела (v в м/с). В начальный момент тело покоится в положении статического равновесия. Найти закон движения тела и определить значение частоты возмущающей силы, при котором амплитуда вынужденных колебаний будет максимальной.
РЕШЕНИЕ
32.101 На тело массы M кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c Н/м, действуют возмущающая сила S=H sin pt Н и сила сопротивления R=-?v (R в Н), где v — скорость тела. В начальный момент тело находилось в положении статического равновесия и не имело начальной скорости. Найти уравнение движения тела, если c>?2/(4M).
РЕШЕНИЕ
32.102 На тело массы 6 кг, подвешенное к пружине с жесткостью c=17,64 кН/м, действует возмущающая сила P0 sin pt. Сопротивление жидкости пропорционально скорости. Каким должен быть коэффициент сопротивления ? вязкой жидкости, чтобы максимальная амплитуда вынужденных колебаний равнялась утроенному значению статического удлинения пружины? Чему равняется коэффициент расстройки z (отношение круговой частоты вынужденных колебаний к круговой частоте свободных колебаний)? Найти сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.103 На тело массы 0,1 кг, прикрепленное к пружине с коэффициентом жесткости c=5 кН/м, действует сила S=H sin pt, где H=100 Н, p=100 рад/с, и сила сопротивления R=?v Н, где ?=50 Н*с/м. Написать уравнение вынужденных колебаний и определить значение частоты p, при котором амплитуда вынужденных колебаний будет максимальной.
РЕШЕНИЕ
32.104 В условиях предыдущей задачи определить сдвиг фазы вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.105 Груз массы 0,2 кг подвешен на пружине, коэффициент жесткости которой равен c=19,6 Н/м. На груз действуют возмущающая сила S=0,2 sin 14t Н и сила сопротивления R=49v Н. Определить сдвиг фаз вынужденных колебаний и возмущающей силы.
РЕШЕНИЕ
32.106 В условиях предыдущей задачи найти коэффициент жесткости c1 новой пружины, которой нужно заменить данную пружину, чтобы сдвиг фаз вынужденных колебаний и возмущающей силы стал равным ?/2.
РЕШЕНИЕ
32.107 Для уменьшения действия на тело массы m возмущающей силы F=F0 sin(pt+?) устанавливают пружинный амортизатор с жидкостным демпфером. Коэффициент жесткости пружины c. Считая, что сила сопротивления пропорциональна первой степени скорости (Fсопр=?v), найти максимальное динамическое давление всей системы на фундамент при установившихся колебаниях.
РЕШЕНИЕ