В вибрографе для записи горизонтальных колебаний маятник OA, состоящий из рычага и груза, может качаться вокруг горизонтальной оси O около вертикального положения устойчивого равновесия, удерживаясь в этом положении собственным весом и спиральной пружиной. Зная максимальный статический момент силы тяжести маятника Qb= 45 Н*см, момент инерции относительно оси O J=0,3 кг*см2 и жесткость при кручении пружины k=45 Н*см, определить период собственных колебаний маятника при малых углах отклонения.
Найти, при каком условии верхнее вертикальное положение равновесия маятника является устойчивым, если свободному вращению маятника препятствует спиральная пружина жесткости k, установленная так, что при верхнем вертикальном положении маятника она не напряжена. Вес маятника P. Расстояние от центра масс маятника до точки подвеса равно b. Найти также период малых колебаний маятника, если его момент инерции относительно оси вращения равен J0.
Показать, что при c < Pa маятник, рассмотренный в предыдущей задаче, будет иметь не менее трех положений равновесия. Найти также период малых колебаний.
Стержень OA маятника при помощи шатуна AB соединен с маленькой стальной рессорой EB жесткости k. В ненапряженном состоянии рессора занимает положение EB1; к рессоре нужно приложить силу F0, направленную по OB, чтобы привести ее в положение EB0, соответствующее равновесию маятника; OA=AB=b; массой стержней пренебрегаем; расстояние центра масс маятника от оси вращения OC=l; вес маятника Q. С целью достижения наилучшего изохронизма (независимость периода колебаний от угла первоначального отклонения) система отрегулирована так, чтобы в уравнении движения маятника φ = f(φ) = -βφ + ... первый из отброшенных членов был порядка φ5. Установить, какая зависимость должна для этого иметь место между постоянными Q, F0, k, b, l, и вычислить период малых колебаний маятника.
Показать, что при условии предыдущей задачи увеличение периода колебаний при отклонениях маятника от положения равновесия на угол φ0 = 45° не превышает 0,4 %. Каково будет при этих условиях изменение периода простого маятника?
При условиях задачи 54.22 маятник отрегулирован так, что Ql = 2aF0. Найти период малых колебаний маятника при отклонении его от положения равновесия на угол φ
В маятнике паллографа груз M маятника повешен на стержне, свободно проходящем через вращающийся цилиндрик O и шарнирно соединенном в точке А с коромыслом АО и качающимся вокруг неподвижной оси O1. При каком условии вертикальное положение стержня ОМ маятника будет положением устойчивого равновесия? Найти период малых колебаний маятника около этого положения. Размерами груза и массой стержней пренебречь.
Пренебрегая массой стержней найти период малых колебаний маятника, изображенного на рисунке. Центр масс груза находится на продолжении шатуна шарнирного чстырехзвенника ОАВО1 в точке C. В положении равновесия стержни OA и BC вертикальны, стержень 01В горизонтален: OA = AB = a; AC = s.
Определить период колебания груза Р массы m, подвешенного на пружине с закрепленным верхним концом если коэффициент жесткости пружины равен c, масса пружины m0. Принять, что отношение отклонений двух точек пружины от своих положений равновесия равно отношению соответствующих расстояний этих точек до закрепленного конца пружины.
На нижнем конце вертикального цилиндрического упругого стержня с закрепленным верхним концом прикреплен в своем центре горизонтальный диск с моментом инерции J относительно вертикальной оси, проходящей через центр; момент инерции стержня относительно его оси равен J0; коэффициент жесткости стержня при закручивании, т. е. момент, необходимый для закручивания нижнего конца стержня на один радиан, равен c. Определить период колебаний системы.
Груз веса Q укреплен посредине балки, свободно опертой на концах; длина балки l, момент инерции поперечного сечения J, модуль упругости материала E. Определить, пренебрегая массой балки, число колебаний, совершаемых грузом в минуту.
Двутавровая балка с моментом инерции сечения J=180 см4, длины l = 4 м лежит на двух одинаковых упругих опорных пружинах, жесткость которых c= 1,5 кН/см, и несет посредине груз веса Q = 2 кН. Пренебрегая весом балки, определить период свободных колебаний системы. Модуль упругости материала балки E = 2*10^4 кН/см2 kH/см2
В конце В горизонтального стержня AB длины l, заделанного другим концом, находится груз веса Q, совершающий колебания с периодом Т. Момент инерции сечения стержня относительно центральной оси сечения, перпендикулярной плоскости колебаний, равен J. Найти модуль упругости материала стержня.
Диск массы M и радиуса r может катиться без скольжения по горизонтальной прямой. К диску жестко прикреплен стержень длины l, на конце которого находится точечная масса m. Найти период малых колебаний системы. Массой стержня пренебречь.
На шероховатый круглый полуцилиндр радиуса R положен призматический брусок массы M с прямоугольным поперечным сечением. Продольная ось бруска перпендикулярна оси цилиндра. Длина бруска 2l, высота 2a. Концы бруска соединены с полом пружинами одинаковой жесткости c. Предполагая, что брусок не скользит по цилиндру, найти период его малых колебаний. Момент инерции бруска относительно поперечной горизонтальной оси, проходящей через центр масс, равен J0.
Острота амплитудно-частотной характеристики системы с одной степенью свободы при действии силы трения, пропорциональной скорости, характеризуется половинной шириной амплитудно-частотной характеристики. Половинная ширина амплитудно-частотной характеристики измеряется разностью между двумя частотами, для которых амплитуда колебаний равна половине амплитуды, сответствуюшей резонансу. Выразить половинную ширину амплитудно-частотной характеристики Д через коэффициент расстройки частот z = ω/k и через приведенный коэффициент затухания σ = n/k. Дать приближенную формулу для случая σ<<1 (со —частота вынуждающей силы, k—частота собственных колебаний; при резонансе z= 1).
В вибрографе, употребляемом для записи вертикальных колебаний, стержень OA, соединенный с пишущим пером прибора, может вращаться вокруг горизонтальной оси O. Стержень OA на конце A несет груз Q и удерживается в горизонтальном положении равновесия спиральной пружиной. Определить относительное движение стержня OA, если виброграф укреплен на фундаменте, совершающем вертикальные колебания по закону z=0,2 sin 25t см. Жесткость при кручении пружины c=1 Н*см, момент инерции стержня OA с грузом Q относительно O равен J=4 кг*см2, Qa=100 Н*см. Собственными колебаниями стержня пренебречь.
В вибрографе, описанном в задаче 54.35, стержень снабжен электромагнитным тормозом в виде алюминиевой пластины, колеблющейся между полюсами неподвижно закрепленных магнитов. Возникающие в пластине вихревые токи создают торможение, пропорциональное первой степени скорости движения пластины и доведенное до границы апериодичности. Определить вынужденные колебания стрелки прибора, если последний закреплен на фундаменте, совершающем вертикальные колебания по закону z = h sin pt.
Для экспериментального исследования процесса регулирования гидравлических турбин сконструирована установка, состоящая из турбины, ротор которой имеет момент инерции относительно оси вращения J1 = 50 кг*см2, маховика с моментом инерции J2 = 1500 кг*см2 и упругого вала C, соединяющего ротор турбины с маховиком; вал имеет длину l= 1552 мм, диаметр d = = 25,4 мм, модуль сдвига материала вала 8800 кН/см. Пренебрегая массой вала и скручиванием его толстых участков, найти то сечение mn вала, которое при свободных колебаниях данной системы остается неподвижным, и вычислить период свободных колебаний системы.
Определить частоты свободных крутильных колебаний системы, состоящей из вала, закрепленного на одном конце, с насаженными посредине и на другом конце однородными дисками. Момент инерции каждого диска относительно оси вала J; жесткость на кручение участков вала k1=k2=k. Массой вала пренебречь.
Определить частоты главных крутильных колебаний системы, состоящей из вала с насаженными на него тремя одинаковыми дисками. Два диска закреплены на концах вала, а третий посредине. Момент инерции каждого диска относительно оси вала J; жесткость на кручение участков вала k1=k2=k. Массой вала пренебречь.
Два одинаковых маятника длины l и массы m каждый соединены на уровне h упругой пружиной жесткости k, прикрепленной концами к стержням маятников. Определить малые колебания системы в плоскости равновесного положения маятников, после того как одному из маятников сообщено отклонение на угол α от положения равновесия; начальные скорости маятников равны нулю. Массами стержней маятников и массой пружины пренебречь.
Диск массы M может катиться без скольжения по прямолинейному рельсу. К центру диска шарнирно прикреплен стержень длины l, на конце которого находится точечный груз массы m. Найти период малых колебаний маятника. Массой стержня пренебречь.
Маятник состоит из ползуна массы M, скользящего без трения по горизонтальной плоскости, и шарика массы m, соединенного с ползуном стержнем длины l, могущим вращаться вокруг оси, связанной с ползуном. К ползуну присоединена пружина жесткости k, другой конец которой закреплен неподвижно. Определить частоты малых колебаний системы.
Два одинаковых физических маятника подвешены на параллельных горизонтальных осях, расположенных в одной горизонтальной плоскости, и связаны упругой пружиной, длина которой в ненапряженном состоянии равна расстоянию между осями маятников. Пренебрегая сопротивлением движению и массой пружины, определить частоты и отношения амплитуд главных колебаний системы при малых углах отклонения от равновесного положения. Вес каждого маятника P; радиус инерции его относительно оси, проходящей через центр масс параллельно оси подвеса, ρ; жесткость пружины k, расстояния от центра масс маятника и от точки прикрепления пружины к маятникам до оси подвеса равны соответственно l и h.
Однородный стержень AB длины L подвешен при помощи нити длины l=0,5L к неподвижной точке. Пренебрегая массой нити, определить частоты главных колебаний системы и найти отношение отклонений стержня и нити от вертикали при первом и втором главных колебаниях.
Предполагая в предыдущей задаче, что длина нити весьма велика по сравнению с длиной стержня, и пренебрегая квадратом отношения L/l, определить отношение низшей частоты свободных колебаний системы к частоте колебаний математического маятника длины l.
Считая в задаче 55.9, что длина нити весьма мала по сравнению с длиной стержня, и пренебрегая квадратом отношения l/L, определить отношение низшей частоты свободных колебаний системы к частоте колебаний физического маятника, если ось вращения поместить в конце стержня.
Определить частоты главных колебаний двойного математического маятника при условии, что массы грузов M1 и M2 соответственно равны m1 и m2, OM1=l1, M1M2=l2, а к грузу M1 присоединена пружина, массой которой можно пренебречь. Длина пружины в ненапряженном состоянии равна l0, жесткость пружины k.
Двойной физический маятник состоит из однородного прямолинейного стержня O1O2 длины 2a и веса P1, вращающегося вокруг неподвижной горизонтальной оси O1, и из однородного прямолинейного стержня AB веса P2, шарнирно соединенного в своем центре масс с концом O2 первого стержня. Определить движение системы, если в начальный момент стержень O1O2 отклонен на угол φ0 от вертикали, а стержень AB занимает вертикальное положение и имеет начальную угловую скорость ω0.
Стержень AB веса P подвешен за концы A и B к потолку на двух одинаковых нерастяжимых нитях длины a. К стержню AB подвешена на двух одинаковых нерастяжимых нитях длины b балка CD веса Q. Предполагая, что колебания происходят в вертикальной плоскости, найти частоты главных колебаний. Массами нитей пренебречь.
Исследовать колебания железнодорожного вагона в его средней вертикальной плоскости, если вес подрессоренной части вагона Q, расстояния центра масс от вертикальных плоскостей, проведенных через оси, l1=l2=l; радиус инерции относительно центральной оси, параллельной осям вагона, ρ; жесткость рессор для обеих осей одинакова: k1=k2=k.
Исследовать малые свободные колебания груженой платформы веса P, опирающейся в точках A и B на две рессоры одинаковой жесткости k. Центр масс C платформы с грузом находится на прямой AB, причем AC=a и CB=b. Платформа выведена из положения равновесия путем сообщения центру масс начальной скорости v0, направленной вертикально вниз без начального отклонения. Массы рессор и силы трения не учитывать. Момент инерции платформы относительно горизонтальной поперечной оси, проходящей через центр масс платформы, равен JC=0,1(a2+b2)P/g. Колебания происходят в вертикальной плоскости. За обобщенные координаты принять: y — отклонение центра масс от положения равновесия вниз, ψ — угол поворота платформы вокруг центра масс.
Круглый однородный диск радиуса r и массы M связан шарниром со стержнем OA длины l, могущим поворачиваться около неподвижной горизонтальной оси. На окружности диска закреплена материальная точка B массы m. Определить частоты свободных колебаний системы. Массой стержня пренебречь. Диск может вращаться в плоскости колебаний стержня OA.