Поиск задач

Задачи на тему Устойчивость движения


56.1 Двойной маятник, образованный двумя стержнями длины l и материальными точками с массами m, подвешен на горизонтальной оси, вращающейся с постоянной угловой скоростью ω вокруг оси z. Исследовать устойчивость вертикального положения равновесия маятника. Массой стержней пренебречь.

56.2 Тяжелый шарик находится в полости гладкой трубки, изогнутой по эллипсу x2/a2 + z2/c2=1 и вращающейся вокруг вертикальной оси Oz с постоянной угловой скоростью ω (ось Оz направлена вниз). Определить положения относительного равновесия шарика и исследовать их устойчивость.

56.3 Тяжелый шарик находится в полости гладкой трубки, изогнутой по параболе x2=2pz и вращающейся с постоянной угловой скоростью ω вокруг оси Oz. (Положительное направление оси Oz-вверх.) Определить положение относительного равновесия шарика и исследовать его устойчивость.

56.4 Материальная точка может двигаться по гладкой плоской кривой, вращающейся вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω. Потенциальная энергия П (s) точки задана и зависит только от ее положения, определяемого дугой s, отсчитываемой вдоль привой, r(s)-расстояние точки от оси вращения. Найти условие устойчивости относительного положения равновесия точки.

56.5 Показать, что материальная точка массы m под действием центральной силы притяжения F=arn (а=const, r-расстояние точки до притягивающего центра, n n целое число) может совершать движение по окружности с постоянной скоростью. Найти условие, при котором это движение устойчиво по отношению к координате r.

56.6 Твердое тело свободно качается вокруг горизонтальной оси NT, вращающейся вокруг вертикальной оси Oz с угловой скоростью ω. Точка G-центр инерции тела; плоскость NTG является плоскостью симметрии... М-масса тела. Определить возможные положения относительного равновесия и исследовать их устойчивость.

56.7 Определить положения относительного равновесия маятника, подвешенного с помощью универсального шарнира O к вертикальной оси, вращающейся с постоянной угловой скоростью ω; маятник симметричен относительно своей продольной оси; A и C-его моменты инерции относительно главных центральных осей инерции ξ, η и ζ; h-расстояние центра тяжести маятника от шарнира. Исследовать устойчивость положений равновесия маятника и определить период колебаний около среднего положения равновесия.

56.8 Вертикальная ось симметрии тонкого однородного круглого диска радиуса r и веса Q может свободно вращаться вокруг точки A. В точке В она удерживается двумя пружинами. Оси пружин горизонтальны и взаимно перпендикулярны, их жесткости соответственно равны с1 и с2, причем с2>С1. Пружины кренятся к оси диска на расстоянии L от нижней опоры; расстояние диска от нижней опоры l. Определить угловую скорость ω, которую нужно сообщить диску для обеспечения устойчивости вращения.

56.9 Материальная точка M движется под действием силы тяжести по внутренней поверхности кругового цилиндра радиуса a, ось которого наклонена под углом α к вертикали. Исследовать устойчивость движения по нижней (φ=0) и верхней (φ=π) образующим. Определить период колебаний при движении по нижней образующей.

56.10 Материальная точка вынуждена двигаться по внутренней гладкой поверхности тора, заданного параметрическими уравнениями x=ρ cosφ, y=ρ sinφ, z=b sinθ, ρ=a + b cosθ (ось z направлена вертикально вверх). Найти возможные движения точки, характеризующиеся постоянством угла θ, и исследовать их устойчивость.

56.11 Исследовать устойчивость движения обруча, равномерно катящегося с угловой скоростью ω по горизонтальной плоскости. Плоскость обруча вертикальна; радиус обруча a.

56.12 Колесо с четырьмя симметрично расположенными спицами катится по шероховатой плоскости. Плоскость колеса вертикальна. Ободья колеса и спицы сделаны из тонкой тяжелой проволоки. Радиус колеса a, скорость центра его в исходном движении v. Исследовать устойчивость движения.

56.13 Исследовать устойчивость движения однородного обруча радиуса a, вращающегося вокруг вертикального диаметра с угловой скоростью ω. Нижняя точка обруча соприкасается с горизонтальной плоскостью.

56.14 Па материальную точку массы m, отклоненную от положения равновесия, действуют сила Fr по величине пропорциональная отклонению ОМ=r=√(x2 + y2) из этого положения и направленная к нему; сила Fφ и перпендикулярная первой (боковая сила), по величине тоже пропорциональная отклонению r: |Fr|=c11r, |Fφ|=c12r. Исследовать методом малых колебаний устойчивость равновесного положения точки.

56.15 При исследовании устойчивости движения точки в предыдущей задаче принять во внимание силы сопротивления, пропорциональные первой степени скорости Rx=-βx\', Ry=-βy\' (β-коэффициент сопротивления).

56.16 Если у стержня, описанного в задаче 56.14, жесткости на изгиб не равны, то реакции конца стержня, действующие на массу m, определяются выражениями Fx=-c11x + c12у, Fy=c21x-c22y. Выяснить методом малых колебаний условия устойчивости равновесия.

56.17 Уравнение движения муфты центробежного регулятора двигателя имеет вид mx\'\' + βx\' + cx=A(ω-ω0), где x-перемещение муфты регулятора, m-инерционный коэффициент системы, β-коэффициент сопротивления, c-жесткость пружин регулятора, ω-мгновенная и ω0-средняя угловые скорости машины, A-постоянная. Уравнение движения машины имеет вид J(dω/dt)=-Bx (B-постоянная, J-приведенный момент инерции вращающихся частей двигателя). Установить условия устойчивости системы, состоящей из двигателя и регулятора.

56.18 Симметричный волчок, острие которого помещено в неподвижном гнезде, вращается вокруг своей вертикально расположенной оси. На него поставлен второй симметричный волчок, который также вращается вокруг вертикальной оси. Острие оси второго волчка опирается на гнездо в оси первого волчка. М и М\'-массы верхнего и нижнего волчков, С и С\'-их моменты инерции относительно осей симметрии; А и A\'-моменты инерции относительно горизонтальных осей, проходящих через острия; с и с\'-расстояния центров масс волчков от соответствующих остриев; h-расстояние между остриями. Угловые скорости волчков Ω и Ω\'. Вывести условия устойчивости системы.

56.19 Деталь 1 перемещается поступательно с постоянной скоростью v0 и через пружину передает движение ползуну 2. Сила трения между ползуном и направляющими 3 зависит от скорости ползуна v следующим образом: Н=Н0 sign v-αv + βv3, где H0, α, β-положительные коэффициенты. Определить, при каких значениях v0 равномерное движение ползуна является устойчивым.

56.20 Агрегат, состоящий из двигателя 1 и машины 2, соединенных упругой муфтой 3 с жесткостью c, рассматривается как двухмассовая система. К ротору двигателя, имеющему момент инерции J1 приложен момент М1 зависящий от угловой скорости ротора φ: М1=М0-μ1(φ-ω0). К валу машины, имеющему момент инерции J2, приложен момент сил сопротивления, зависящий от угловой скорости вала φ: М2=М0-μ2(φ-ω0).Коэффициенты μ1 и μ2 положительны. Определить условия, при которых вращение системы с угловой скоростью ω0 является устойчивым.