动力学:速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 20 道练习题,完整解答附在最后。

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1公式与方法

运动学

速度
v = v0 + a·t
位移
s = v0·t + ½·a·t²
不含时间
v² = v0² + 2·a·s
单位
1 m/s = 3.6 km/h

方法

  1. 列出已知量:v₀、v、a、t 和 s,并带上单位。
  2. 选取包含三个已知量和该未知量的公式。
  3. 选定一个正方向,相反方向的量取负号。
  4. 求解并检查答案在物理上是否合理。

牛顿定律

第二定律
ΣF = m·a
重力
W = m·g
动摩擦
Ff = μ·N
斜面上
沿斜面:m·g·sin θ, 垂直斜面:m·g·cos θ

方法

  1. 画出物体所受全部力的受力图。
  2. 沿运动方向选定正方向。
  3. 把力分解为沿运动方向和垂直于运动方向的分量(斜面上:沿斜面 m·g·sin θ,垂直压向斜面 m·g·cos θ)。
  4. 沿运动方向应用 ΣF = m·a;摩擦力为 μ·N,方向与运动相反。

抛体运动

分量
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
位置
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
最大高度
H = h + vy²/(2g)
射程(水平地面)
R = v0²·sin 2θ/g

方法

  1. 把初速度分解为分量:vx = v₀·cos θ,vy = v₀·sin θ。
  2. 水平方向为匀速运动;竖直方向的加速度为 −g。
  3. 由竖直方向的运动求飞行时间。
  4. 把该时间代入水平运动求射程。

圆周运动

向心加速度
a = v²/r = ω²·r
向心力
F = m·v²/r
角速度
ω = v/r = 2π/T
水平弯道,摩擦
vmax = √(μ·g·r)

功和能

动能
Ek = ½mv²
势能
Ep = mgh
能量衡算
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
摩擦力做功
W = μ·N·d
功率
P = W/t

动量与碰撞

动量
p = m·v
守恒
Σm·v (before) = Σm·v (after)
完全非弹性
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
冲量
J = F·Δt = m·Δv

方法

  1. 选定正方向,并给每个速度标上符号。
  2. 写出碰撞前的总动量:Σm·v。
  3. 完全非弹性碰撞后物体一起运动;弹性碰撞中动能也守恒。
  4. 令碰撞前动量等于碰撞后动量并求解。

刚体转动

对质心 G 的转动惯量
杆 mL²/12,圆盘 ½mR²,圆环 mR²,实心球 (2/5)mR²,空心球 (2/3)mR²
平行移轴定理
I = IG + m·d²
回转半径
I = m·k²
杆绕端点
I = mL²/3
运动方程
ΣM = I·α
以 rad/s 表示的转速
ω = 2π·n/60
动能
E = ½·I·ω²
功和功率
W = T·θ, P = T·ω
无滑动滚动
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
角动量
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
绕枢轴的撞击
m·v·d = I·ω

方法

  1. 选择轴:固定的枢轴,或者对滚动的物体选质心。
  2. 用标准结果求出对该轴的转动惯量,转轴平移时用 I = IG + m·d²。
  3. 选择方法:求加速度和力用 ΣM = I·α,求速度用能量(½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h),求撞击和突然变化用角动量。
  4. 用 v = ω·r 和 a = α·r 联系线运动和角运动,并把 rpm 换算成 rad/s。

齿轮与齿轮系

啮合齿轮
n1·N1 = n2·N2
扭矩
T2 = T1·(N2/N1)·η
功率
P = T·ω, ω = 2π·n/60
复合轮系
总传动比 = 各级传动比之积

弹簧与单摆

弹簧振子
T = 2π·√(m/k)
单摆
T = 2π·√(L/g)
角频率
ω = √(k/m) = 2π/T
最大速度和最大加速度
vmax = A·ω, amax = A·ω²
能量
E = ½·k·A²

机械振动

固有频率
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
由静挠度求
ωn = √(g/δst)
临界阻尼
cc = 2√(km) = 2mωn
阻尼比
ζ = c/cc
阻尼固有频率
ωd = ωn√(1 − ζ²)
对数衰减率
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
弹簧并联
k = k1 + k2
弹簧串联
1/k = 1/k1 + 1/k2

2练习题

1.运动学中等
t (s)v (m/s)1.3 s22.22

一位以 80 km/h 行驶的司机看到一个障碍物。她的反应时间为 1.3 s,之后汽车以 7.5 m/s² 的恒定减速度制动。求从她看到障碍物起的总停车距离 d。

v₀ = 80 km/htr = 1.3 sa = −7.5 m/s²
d = m
2.运动学困难
a = 34 m/s²

一枚模型火箭从静止竖直向上发射。其发动机使它获得 34 m/s² 的恒定向上加速度,持续 2 s,之后发动机停止,火箭做自由运动。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。 求火箭达到的最大高度 hmax。

a = 34 m/s²t1 = 2 sg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.牛顿定律中等
θ = 40°a = ?m = 14 kg

一个 14 kg 的物块沿倾角为 40° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.25。 取 g = 9.81 m/s²。求物块沿斜面的加速度 a。

m = 14 kgθ = 40°μ = 0.25g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 9 kg5.5 kgμ = 0.1

水平桌面上一个 9 kg 的物块通过跨过光滑滑轮的轻绳与一个悬挂的 5.5 kg 重物相连。 物块与桌面之间的动摩擦因数为 0.1。 取 g = 9.81 m/s²。 求系统的加速度 a。

m1 = 9 kgm2 = 5.5 kgμ = 0.1g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.抛体运动中等
v0​ = ?45°R = 20 m

一个球从水平地面以与水平方向成 45° 的角度抛出,落在 20 m 远处。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。求抛出速度 v0。

θ = 45°R = 20 mg = 9.81 m/s²
v0 = m/s
6.抛体运动困难
h = 25 mv0​ = 34 m/s15°射程

一个球 从 25 m 高的悬崖顶上以高于水平面 15° 的角度抛出。忽略空气阻力。求球落地前的飞行时间 t。

v0 = 34 m/sθ = 15°h = 25 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.圆周运动中等
r = 125 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 125 m 的水平弯道。轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.4。取 g = 9.81 m/s²。求汽车不打滑地通过弯道的最大速度 vmax。

r = 125 mμs = 0.4g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
R = 6 mh = ?

一辆小车在无摩擦轨道上由静止释放,驶入一个半径为 6 m 的竖直圆环。它必须从高出圆环底部至少多高 hmin 处出发,才能在圆环顶部保持在轨道上?

R = 6 mv₀ = 0
hmin = m
9.功和能中等
25°d = 18 mμ = 0.25

一个物块由静止沿倾角 25° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.25。求它沿斜面滑行 18 m 后的速度 v。

θ = 25°μ = 0.25d = 18 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
10.功和能困难
h = 3 mL = 3 mμ = 0.3k = 5000 N/m

一个 4 kg 的物块从光滑坡道上 3 m 高处由静止释放。到达底部后,它通过一段长 3 m 的粗糙水平段(μ = 0.3),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 5000 N/m)。 求弹簧的最大压缩量 x。

m = 4 kgh = 3 mL = 3 mμ = 0.3k = 5000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.动量与碰撞中等
1900 kg16 m/s1300 kg

一辆以 16 m/s 行驶的 1900 kg 汽车撞上一辆静止的 1300 kg 汽车,两车卡在一起。 碰撞中损失了多少动能 ΔK?

m1 = 1900 kgv1 = 16 m/sm2 = 1300 kgv2 = 0
ΔK = J
12.动量与碰撞困难
4.5 kgv = ?20 g30°L = 1.9 m

一颗 20 g 的子弹水平射入一个用长 1.9 m 的轻绳悬挂的 4.5 kg 木块,并留在其中。绳子摆起的最大角度为与竖直方向成 30°。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 20 gM = 4.5 kgL = 1.9 mθ = 30°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.刚体转动中等
6 kgaαM = 17 kgR = 0.15 m

一个 6 kg 的物块悬挂在绕过滑轮的轻绳上,滑轮是质量为 17 kg、半径为 0.15 m 的均匀实心圆盘,在无摩擦的水平轴上转动。物块从静止释放。取 g = 9.81 m/s²。 求滑轮的角加速度 α。

m = 6 kgM = 17 kgR = 0.15 mg = 9.81 m/s²
α = rad/s²
14.刚体转动困难
540 m/s30 g0.75 mL = 1.5 m3.5 kgφ

质量为 3.5 kg、长为 1.5 m 的均匀细杆,从无摩擦的上端枢轴处静止悬挂。一颗 30 g 的子弹以 540 m/s 的速度水平击中杆上枢轴下方 0.75 m 处并留在杆中。 取 g = 9.81 m/s²。求杆摆动偏离竖直方向的最大角度 φ。

M = 3.5 kgL = 1.5 mm = 30 gv = 540 m/sd = 0.75 mg = 9.81 m/s²
φ = °
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 80 mmd2​ = 315 mm720 rpmn2​ = ?

一个 80 mm 的带轮以 720 rpm 通过皮带驱动一个 315 mm 的带轮,打滑率为 2 %。求从动轮的转速 n2。

n1 = 720 rpmd1 = 80 mmd2 = 315 mms = 2 %
n2 = rpm
16.齿轮与齿轮系困难
d1​ = 100 mmd2​ = 250 mm1440 rpmC = 800 mmT1​ = 600 NT2​P = ?

一条开口皮带把一个以 1440 rpm 转动、直径 100 mm 的主动轮与一个 250 mm 的带轮相连;中心距为 800 mm。摩擦系数为 0.3,紧边张力不得超过 600 N。求皮带在不打滑时能传递的最大功率 P,单位 kW(忽略离心效应)。

d1 = 100 mmn1 = 1440 rpmd2 = 250 mmC = 800 mmμ = 0.3T1 = 600 N
P = kW
17.弹簧与单摆中等
L = ?

要使单摆的周期为 1.9 s,摆长应为多少?取 g = 9.81 m/s²。求 L。

T = 1.9 sg = 9.81 m/s²
L = m
18.弹簧与单摆困难
t (s)x (cm)t = ?4.8

一个物体做简谐振动,周期为 2.5 s,振幅为 12 cm。 它从平衡位置运动到位移 4.8 cm 处所需的最短时间 t 是多少?

T = 2.5 sA = 12 cmx = 4.8 cm
t = s
19.机械振动中等
k = 1 kN/mζ = 0.3m = 2 kg

一个 2 kg 的质量块挂在刚度为 1 kN/m 的弹簧上,黏性阻尼器使阻尼比为 0.3。求其自由振动的有阻尼固有频率 fd,以 Hz 计。

m = 2 kgk = 1 kN/mζ = 0.3
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 15k2​ = 100k3​ = 25m = 100 kg

一个 100 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 25 kN/m 上。k₃ 的上端连接在一根刚性杆上,该杆由并排的两根弹簧 k₁ = 15 kN/m 和 k₂ = 100 kN/m 悬挂;杆保持水平。 忽略阻尼以及弹簧和杆的质量。求竖向振动的固有频率 fn,以 Hz 计。

m = 100 kgk1 = 15 kN/mk2 = 100 kN/mk3 = 25 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: d = 61.81 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

单位

v₀ = 80/3.6 = 22.22 m/s

反应距离

d1 = v₀·tr = 22.22·1.3 = 28.89 m

制动距离

d2 = v₀²/(2a) = 22.22²/(2·7.5) = 32.92 m

合计

d = 28.89 + 32.92 = 61.81 m

答案

d = 61.81 m
2.运动学

答案: hmax = 303.7 m

Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.

动力阶段

v₁ = 34·2 = 68 m/s
h₁ = ½·34·2² = 68 m

向上的自由飞行

在最高点速度为零。

Δh = v₁²/(2g) = 68²/(2·9.81) = 235.7 m
hmax = 68 + 235.7 = 303.7 m

答案

hmax = 303.7 m
3.牛顿定律

答案: a = 4.427 m/s²

牛顿第二定律:物体所受的合力等于其质量乘以加速度,ΣF = m·a。画出受力图,沿运动方向选定正方向,把该方向上的所有力相加:外加的力、与运动方向相反的摩擦力 μ·N,以及重力的分力。

沿斜面方向的力

沿斜面向下为正。

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

加速度

a = 9.81·(sin 40° − 0.25·cos 40°) = 9.81·(0.6428 − 0.1915) = 4.427 m/s²

答案

a = 4.427 m/s²
4.牛顿定律

答案: a = 3.112 m/s²

牛顿第二定律:物体所受的合力等于其质量乘以加速度,ΣF = m·a。画出受力图,沿运动方向选定正方向,把该方向上的所有力相加:外加的力、与运动方向相反的摩擦力 μ·N,以及重力的分力。

系统的加速度

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (53.96 − 8.829)/14.5 = 3.112 m/s²

答案

a = 3.112 m/s²
5.抛体运动

答案: v0 = 14.01 m/s

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

从射程公式求 v₀

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9.81·20/sin 90°) = 14.01 m/s

答案

v0 = 14.01 m/s
6.抛体运动

答案: t = 3.326 s

抛体运动:无空气阻力时,x = vxt,y = h + vyt − ½gt²。两个方向相互独立,只共享同一时间。

分解初速度

水平速度保持不变;竖直运动具有向下的恒定加速度 g = 9.81 m/s²。

vx = v0·cos θ = 34·cos 15° = 32.84 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 15° = 8.8 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 25 + 8.8·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8.8 + √(77.44 + 490.5))/9.81 = 3.326 s

答案

t = 3.326 s
7.圆周运动

答案: vmax = 22.15 m/s

匀速圆周运动:物体以速率 v 在半径为 r 的圆周上运动时,具有指向圆心的加速度 a = v²/r,因此需要指向圆心的合力 F = m·v²/r。这个力必须由真实的力提供:摩擦力、张力、重力或支持力。

摩擦力提供向心力

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0.4·9.81·125) = 22.15 m/s

答案

vmax = 22.15 m/s (79.73 km/h)
8.圆周运动

答案: hmin = 15 m

Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.

顶部的条件

m·g = m·v²/R → v² = g·R

能量守恒

g·h = g·2R + ½·g·R → h = 2.5·R = 2.5·6 = 15 m

答案

hmin = 15 m
9.功和能

答案: v = 8.321 m/s

动能定理:动能的变化等于所有力做的功。把重力和弹簧写成势能(mgh 和 ½kx²)后得到能量衡算:初始能量 = 终了能量 + 摩擦损失的能量 (μN·d)。

沿斜面的能量衡算

物块下降高度 d·sin θ,摩擦消耗 μmg·cos θ·d。质量约去。

½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9.81·18·(0.4226 − 0.25·0.9063)) = 8.321 m/s

答案

v = 8.321 m/s
10.功和能

答案: x = 18.16 cm

动能定理:动能的变化等于所有力做的功。把重力和弹簧写成势能(mgh 和 ½kx²)后得到能量衡算:初始能量 = 终了能量 + 摩擦损失的能量 (μN·d)。

通过粗糙段后剩余的能量

坡道光滑,只有粗糙段消耗能量。

mgh − μmgL = 39.24·(3 − 0.3·3) = 82.4 J

最大压缩量

½kx² = 82.4 → x = √(2·82.4/5000) = 0.1816 m = 18.16 cm

答案

x = 18.16 cm
11.动量与碰撞

答案: ΔK = 98800 J

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

共同速度

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1900·16/3200 = 9.5 m/s

碰撞前后的动能

Kbefore = ½·1900·16² = 243200 J
Kafter = ½·3200·9.5² = 144400 J

损失的能量

ΔK = 243200 − 144400 = 98800 J

答案

ΔK = 98800 J

损失的能量转化为形变、热和声音。

12.动量与碰撞

答案: v = 505.1 m/s

Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.

木块的上升高度

h = L·(1 − cos θ) = 1.9·(1 − cos 30°) = 0.2546 m

撞击后的速度

V = √(2·9.81·0.2546) = 2.235 m/s

碰撞

v = (m + M)·V/m = 4.52·2.235/0.02 = 505.1 m/s

答案

v = 505.1 m/s
13.刚体转动

答案: α = 27.06 rad/s²

Rotation about a fixed axis: the sum of the moments about the axis equals I·α (ΣM = I·α), just as ΣF = m·a for translation. In energy form, a torque T turning through an angle θ (in radians) does work T·θ, which changes the kinetic energy ½·I·ω²; gravity adds or removes m·g·Δh of the centre of mass. Power is P = T·ω.

物块和滑轮

物块: m·g − T = m·a
滑轮: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

加速度

a = m·g/(m + M/2) = 6·9.81/(6 + 8.5) = 4.059 m/s²

角加速度

α = a/R = 4.059/0.15 = 27.06 rad/s²

答案

α = 27.06 rad/s²
14.刚体转动

答案: φ = 94.34 °

Rolling and angular momentum: a body rolling without slipping has v = ω·r, so its kinetic energy is ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Down a slope that gives a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). When no external moment acts about an axis, the angular momentum about that axis stays constant, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, even if kinetic energy is lost.

撞击后的转动惯量

I = M·L²/3 + m·d² = 3.5·1.5²/3 + 0.03·0.75² = 2.642 kg·m²

对枢轴的角动量

枢轴力通过枢轴,所以撞击期间它对枢轴没有力矩。

m·v·d = I·ω → ω = 0.03·540·0.75/2.642 = 4.599 rad/s

摆动过程中的能量

½·I·ω² = ½·2.642·4.599² = 27.94 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 25.97·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 27.94/25.97 = −0.07574 → φ = 94.34°

答案

φ = 94.34°
15.齿轮与齿轮系

答案: n2 = 179.2 rpm

皮带传动:无打滑时,两个带轮的轮缘线速度相同,v = π·d·n/60,所以 n₁·d₁ = n₂·d₂,速比为 d₂/d₁。打滑率 s 使从动轮稍慢:n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s)。传递的功率为 P = (T₁ − T₂)·v,其中 T₁ 为紧边张力,T₂ 为松边张力。摩擦限制了张力之比:T₁/T₂ = eμθ,其中 θ 是小带轮上的包角(弧度);对开口皮带,θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)),C 为中心距。

无打滑时的转速

720·80/315 = 182.9 rpm

有打滑

n2 = 182.9·0.98 = 179.2 rpm

答案

n2 = 179.2 rpm
16.齿轮与齿轮系

答案: P = 2.659 kW

皮带传动:无打滑时,两个带轮的轮缘线速度相同,v = π·d·n/60,所以 n₁·d₁ = n₂·d₂,速比为 d₂/d₁。打滑率 s 使从动轮稍慢:n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s)。传递的功率为 P = (T₁ − T₂)·v,其中 T₁ 为紧边张力,T₂ 为松边张力。摩擦限制了张力之比:T₁/T₂ = eμθ,其中 θ 是小带轮上的包角(弧度);对开口皮带,θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)),C 为中心距。

包角

θ = 2.954 rad

松边张力

eμθ = e0.8861 = 2.426, T₂ = 600/2.426 = 247.3 N

功率

P = (600 − 247.3)·7.54 = 2.659 kW

答案

P = 2.659 kW
17.弹簧与单摆

答案: L = 0.897 m

简谐运动:质量为 m 的物体连在劲度系数为 k 的弹簧上,振动的角频率为 ω = √(k/m),周期为 T = 2π/ω = 2π·√(m/k)。摆长为 L 的单摆周期为 T = 2π·√(L/g)。振幅为 A 时,最大速度为 A·ω,最大加速度为 A·ω²,能量为 ½·k·A²。

求摆长

L = g·(T/2π)² = 9.81·(1.9/2π)² = 0.897 m

答案

L = 0.897 m
18.弹簧与单摆

答案: t = 0.1637 s

Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².

角频率

ω = 2π/T = 2π/2.5 = 2.513 rad/s

求解时间

0.4 = sin(ω·t) → ω·t = arcsin(0.4) = 0.4115 rad
t = 0.4115/2.513 = 0.1637 s

答案

t = 0.1637 s
19.机械振动

答案: fd = 3.395 Hz

质量–弹簧系统的自由振动:无阻尼固有角频率为 ωn = √(k/m)(rad/s),fn = ωn/(2π)(Hz)。黏性阻尼器 c 给出阻尼比 ζ = c/cc,其中临界阻尼 cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn。欠阻尼系统(ζ < 1)以 ωd = ωn·√(1 − ζ²) 振荡。并联弹簧刚度相加,k = k₁ + k₂;串联弹簧按倒数相加,1/k = 1/k₁ + 1/k₂。

无阻尼固有频率

ωn = √(1000/2) = 22.36 rad/s
fn = 22.36/(2π) = 3.559 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 3.559·√(1 − 0.3²) = 3.395 Hz

答案

fd = 3.395 Hz
20.机械振动

答案: fn = 2.281 Hz

质量–弹簧系统的自由振动:无阻尼固有角频率为 ωn = √(k/m)(rad/s),fn = ωn/(2π)(Hz)。黏性阻尼器 c 给出阻尼比 ζ = c/cc,其中临界阻尼 cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn。欠阻尼系统(ζ < 1)以 ωd = ωn·√(1 − ζ²) 振荡。并联弹簧刚度相加,k = k₁ + k₂;串联弹簧按倒数相加,1/k = 1/k₁ + 1/k₂。

等效刚度

只有 k1 和 k2 是并联的。这一对与 k3 串联,所以要按倒数组合。

k12 = 15 + 100 = 115 kN/m
keq = 115·25/(115 + 25) = 20.54 kN/m

固有频率

ωn = √(20536/100) = 14.33 rad/s
fn = 14.33/(2π) = 2.281 Hz

答案

fn = 2.281 Hz

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