background image

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych 

 

Laboratorium Drgań Mechanicznych 

Bielsko-

Biała 2011 

 

o

o

o

p

p

p

r

r

r

a

a

a

c

c

c

o

o

o

w

w

w

a

a

a

ł

ł

ł

 

 

 

A

A

A

r

r

r

k

k

k

a

a

a

d

d

d

i

i

i

u

u

u

s

s

s

z

z

z

 

 

 

T

T

T

r

r

r

ą

ą

ą

b

b

b

k

k

k

a

a

a

 

 

 

 

 
 
 

ĆWICZENIE NR ... 

 

DRGANIA UKŁADU O JEDNYM STOPNIU SWOBODY 

PRZY P

OMIJALNIE MAŁYM TŁUMIENIU 

 
 
 
 
 

1. 

Cel ćwiczenia 

 
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem drgań mechanicznych układu o 
jednym  stopniu  swobody  przy  pomijalnie  małym  tłumieniu  oraz  zbadanie  wpływu 
kierunku siły ciężkość na częstość drgań własnych układu. 
 
 
2.  Opis stanowiska 
 
Na rysunku 1 przedstawiono schemat układu drgającego o jednym stopniu swobody, 
którego głównymi elementami są: 

 

Podstawa; 

 

Płaska sprężyna o wymiarach b x h; 

 

Obciążnik o masie m. 

 

 

 

Rys.1. 

Stanowisko do badania  wpływu  kierunku   siły  ciężkości  na  częstość drgań własnych 

 
 

background image

DRGANIA UKŁADU O JEDNYM STOPNIU SWOBODY PRZY POMIJALNIE MAŁYM TŁUMIENIU 

 

Laboratorium Drgań Mechanicznych 

3. 

Zależności obliczeniowe 

 

Przyjmując  że  wychylenia obciążnika  ze stanu równowagi  statycznej są mniejsze od 
30° opracowano model matematyczny układu przedstawionego na rysunku 1a.  

 
Sztywność sprężyny opisuje zależność (1): 
 

3

3

l

EI

k

 

   

 

 

 

    (1) 

gdzie:  

 

 

– szerokość sprężyny; 

– grubość sprężyny. 

 
Korzystając  z  II  Prawa  Newtona  można napisać: 
 

l

g

m

l

k

l

g

m

l

k

J

2

2

..

sin

   

      (2) 

gdzie:  

2

l

m

J

 - 

masowy moment bezwładności; 

– masa obciążnika; 

– długość jak na rys. 1a. 

 
Po przeniesieniu wyrazów na lewą stronę otrzymamy: 
 

0

2

..

l

g

m

l

k

J

   

 

 

(3) 

 

Natomiast po podzieleniu obu stron równania (3) przez masowy moment bezwładności J 
otrzymamy: 
 

0

2

..

J

l

g

m

l

k

   

 

 

      (4) 

 
Równanie  (4)  jest  równaniem  różniczkowym  zwyczajnym  rzędu  drugiego  opisującym 
drgania swobodne bez tłumienia układu liniowego o jednym stopniu swobody. 
 
Szukana  częstość  drgań  własnych 

I

  układu  w  pozycji  jak  na  rys.  1a,  jest  określona 

poprze

z współczynnik przy 

, zgodnie z zależnością: 

 

J

l

g

m

l

k

It

2

   

 

 

      (5) 

]

m

[

12

[Pa]

10

1

,

2

4

3

11

h

b

I

E

background image

Instrukcje d

o ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych 

Laboratorium Drgań Mechanicznych 

Dla przypadku z rys. 1b będzie: 
 

J

l

k

IIt

2

 

 

 

 

       (6) 

 
Natomiast dla przypadku z rys. 1c: 
 

J

l

g

m

l

k

IIIt

2

   

 

 

 

(7) 

 
 
4. Prze

bieg ćwiczenia 

 

 

Zanotować masę m obciążnika; 

 

Trzykrotnie zmierzyć i zanotować wymiar l przedstawiony na rys. 1a; 

 

W  trzech  równomiernie  od  siebie  oddalonych  miejscach  trzykrotnie  zmierzyć  i 
zanotować wymiary b oraz h sprężyny (rys. 1a); 

 

Obliczyć współczynnik k sztywności sprężyny; 

 

Na podstawie zależności (5), (6) oraz (7) obliczyć teoretyczne wartości częstości 
drgań własnych badanego układu, odpowiadające konfiguracjom przedstawionym 
na rys. 1; 

 

Przeprowadzić trzykrotny pomiar czasu trwania 10 wahnięć masy w każdym z 
rozpatrywanych  położeń  (rys.1)  –  UWAGA  –  max.  wychylenie  od  położenia 
równowagi nie może przekroczyć 30

0

 

Obliczyć okresy drgań układu występujące w każdym z rozpatrywanych położeń; 

 

Na podstawie średnich wartości okresu drgań wyznaczyć doświadczalne wartości 
częstości  drgań  własnych  badanego  układu,  odpowiadające  konfiguracjom 
przedstawionym na rys. 1; 

 

Porównać otrzymane wyniki doświadczalne z wynikami teoretycznymi. 

 
 
5. Zawartość sprawozdania 
 

 

Cel ćwiczenia; 

 

Przebieg ćwiczenia (w punktach); 

 

Schemat stanowiska laboratoryjnego (z opisem); 

 

Dane wejściowe do przeprowadzanego ćwiczenia; 

 

Zestawienie wyników pomiarów; 

 

Wyprowadzenie zależności obliczeniowych (6) i (7) odpowiadających 
konfiguracjom układu przedstawionym na rys. 1b i 1c; 

background image

DRGANIA UKŁADU O JEDNYM STOPNIU SWOBODY PRZY POMIJALNIE MAŁYM TŁUMIENIU 

 

Laboratorium Drgań Mechanicznych 

 

Przykładowe obliczenia z podaniem wzorów oraz podstawień do wzorów; 

 

Zestawienie wyników obliczeń; 

 

Sporządzony w trakcie ćwiczeń protokół; 

 

Wnioski, spostrzeżenia i uwagi.