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。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”,即可在设备上保存一份副本。

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)1.4 s13.89

一位以 50 km/h 行驶的司机看到一个障碍物。她的反应时间为 1.4 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 = 50 km/htr = 1.4 sa = −7.5 m/s²
d = m
2.运动学困难
a = 26 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 26 m/s² 的恒定向上加速度,持续 1.5 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 = 26 m/s²t1 = 1.5 sg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.牛顿定律中等
θ = 30°a = ?m = 11 kg

一个 11 kg 的物块沿倾角为 30° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.3。 取 g = 9.81 m/s²。求物块沿斜面的加速度 a。

m = 11 kgθ = 30°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 1.5 kg6 kgμ = 0.3

水平桌面上一个 1.5 kg 的物块通过跨过光滑滑轮的轻绳与一个悬挂的 6 kg 重物相连。 物块与桌面之间的动摩擦因数为 0.3。 取 g = 9.81 m/s²。 求绳中的张力 T。

m1 = 1.5 kgm2 = 6 kgμ = 0.3g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 22 m/s55°x = ?

一个球 从平地上以高于水平面 55° 的角度抛出。忽略空气阻力。求球落地前飞过的水平距离 x。

v0 = 22 m/sθ = 55°g = 9.81 m/s²
x = m
6.抛体运动困难
18 mv0​ = 33 m/s60°x = ?

一个球从地面以 33 m/s、与水平方向成 60° 的角度抛出。它在下落途中落在一栋 18 m 高的建筑的平屋顶上。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。求从抛出点到落点的水平距离 x。

v₀ = 33 m/sθ = 60°hroof = 18 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 95 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 95 m 的水平弯道。轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.8。取 g = 9.81 m/s²。求汽车不打滑地通过弯道的最大速度 vmax。

r = 95 mμs = 0.8g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
R = 10 mh = 36 m

一辆 4.5 kg 的小车在无摩擦轨道上从 36 m 高处由静止释放,驶过一个半径为 10 m 的竖直圆环。取 g = 9.81 m/s²。 求小车在圆环底部时轨道对它的法向力 Nbottom。

m = 4.5 kgh = 36 mR = 10 mg = 9.81 m/s²
Nbottom = N
9.功和能中等
72 km/h6°1200 kg

一辆 1200 kg 的汽车以恒定的 72 km/h 驶上 6° 的斜坡。空气阻力和滚动阻力合计 250 N。求车轮须输出的功率 P,以 kW 表示。

m = 1200 kgθ = 6°Fr = 250 Nv = 72 km/hg = 9.81 m/s²
P = kW
10.功和能困难
h = 1.5 mL = 1.5 mμ = 0.25k = 5000 N/m

一个 2 kg 的物块从光滑坡道上 1.5 m 高处由静止释放。到达底部后,它通过一段长 1.5 m 的粗糙水平段(μ = 0.25),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 = 2 kgh = 1.5 mL = 1.5 mμ = 0.25k = 5000 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.动量与碰撞中等
4.5 kgv = ?20 gh = 19 cm

一颗 20 g 的子弹水平射入一个用轻绳悬挂的 4.5 kg 木块,并留在其中。木块摆起,直到比初始位置高 19 cm。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 20 gM = 4.5 kgh = 19 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.动量与碰撞困难
28 m/s10 m/s

一个 0.45 kg 的小球以 28 m/s 撞到墙上,并以 10 m/s 沿原路弹回。接触时间为 50 ms。 求墙给小球的冲量大小 J。

m = 0.45 kgvin = 28 m/svout = 10 m/sΔt = 50 ms
J = N·s
13.刚体转动中等
v = ?4 kgL = 2.3 mm = 7.5 kg

质量为 7.5 kg、长为 2.3 m 的均匀细杆一端铰接,在水平位置从静止释放。 一个质量为 4 kg 的小球固定在它的自由端。 忽略摩擦,取 g = 9.81 m/s²。 求杆摆过竖直位置时自由端的速度 v。

m = 7.5 kgL = 2.3 mmball = 4 kgg = 9.81 m/s²
v = m/s
14.刚体转动困难
θ = 20°a

一个实心球沿与水平面成 20° 的斜面无滑动地滚下。取 g = 9.81 m/s²。 求其质心的加速度 a。

θ = 20°I = (2/5)·m·r²g = 9.81 m/s²
a = m/s²
15.齿轮与齿轮系中等
Nw​ = 36z = 4, 1440 rpm

一个 4 头的蜗杆以 1440 rpm 转动,驱动一个 36 齿的蜗轮。求蜗轮的转速 nw。

z = 4Nw = 36n = 1440 rpm
nw = rpm
16.齿轮与齿轮系困难
d1​ = 80 mmd2​ = 315 mm1450 rpmC = 600 mmT1​ = 1000 NT2​P = ?

一条开口皮带把一个以 1450 rpm 转动、直径 80 mm 的主动轮与一个 315 mm 的带轮相连;中心距为 600 mm。摩擦系数为 0.3,紧边张力不得超过 1000 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 = 80 mmn1 = 1450 rpmd2 = 315 mmC = 600 mmμ = 0.3T1 = 1000 N
P = kW
17.弹簧与单摆中等
0.4 kgk = 300 N/mA = 16 cmx = 1 cm

一个连在 k = 300 N/m 弹簧上的 0.4 kg 物体在无摩擦表面上以 16 cm 的振幅振动。求它距平衡位置 1 cm 时的速度 v。

m = 0.4 kgk = 300 N/mA = 16 cmx = 1 cm
v = m/s
18.弹簧与单摆困难
1.6 kgk = 460 N/mA = 16 cm

一个 1.6 kg 的物体连在 k = 460 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 16 cm 后释放。 求它的最大速度 vmax。

m = 1.6 kgk = 460 N/mA = 16 cm
vmax = m/s
19.机械振动中等
k = 40 kN/mζ = 0.5m = 50 kg

一个 50 kg 的质量块挂在刚度为 40 kN/m 的弹簧上,黏性阻尼器使阻尼比为 0.5。求其自由振动的有阻尼固有频率 fd,以 Hz 计。

m = 50 kgk = 40 kN/mζ = 0.5
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 40k2​ = 10k3​ = 40m = 10 kg

一个 10 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 40 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 = 40 kN/m 和 k₂ = 10 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 = 10 kgk1 = 40 kN/mk2 = 10 kN/mk3 = 40 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: d = 32.3 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 = 50/3.6 = 13.89 m/s

反应距离

d1 = v₀·tr = 13.89·1.4 = 19.44 m

制动距离

d2 = v₀²/(2a) = 13.89²/(2·7.5) = 12.86 m

合计

d = 19.44 + 12.86 = 32.3 m

答案

d = 32.3 m
2.运动学

答案: hmax = 106.8 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 = 26·1.5 = 39 m/s
h₁ = ½·26·1.5² = 29.25 m

向上的自由飞行

在最高点速度为零。

Δh = v₁²/(2g) = 39²/(2·9.81) = 77.52 m
hmax = 29.25 + 77.52 = 106.8 m

答案

hmax = 106.8 m
3.牛顿定律

答案: a = 2.356 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 30° − 0.3·cos 30°) = 9.81·(0.5 − 0.2598) = 2.356 m/s²

答案

a = 2.356 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 15.3 N

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) = (58.86 − 4.414)/7.5 = 7.259 m/s²

由桌面上的物块求张力

T − μ·m1·g = m1·a
T = 1.5·7.259 + 4.414 = 15.3 N

答案

T = 15.3 N
5.抛体运动

答案: x = 46.36 m

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 = 22·cos 55° = 12.62 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 55° = 18.02 m/s

飞行时间

起点与落点等高:t = 2vy/g。

t = 2·18.02/9.81 = 3.674 s

水平距离

x = vx·t = 12.62·3.674 = 46.36 m

答案

x = 46.36 m
6.抛体运动

答案: x = 84.28 m

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.

分解初速度

vx = 16.5 m/s, vy = 28.58 m/s

落到屋顶的时间

较大的根:球正在下降。

18 = 28.58·t − 4.905·t²
t = (28.58 + √(28.58² − 2·9.81·18))/9.81 = 5.108 s

水平距离

x = vx·t = 16.5·5.108 = 84.28 m

答案

x = 84.28 m
7.圆周运动

答案: vmax = 27.3 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) = √(0.8·9.81·95) = 27.3 m/s

答案

vmax = 27.3 m/s (98.3 km/h)
8.圆周运动

答案: Nbottom = 362 N

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.

由能量守恒求速度

v² = 2·9.81·36 = 706.3 m²/s²

受力

指向圆心为正。

N = m·v²/R + m·g = 4.5·706.3/10 + 44.15 = 362 N

答案

Nbottom = 362 N
9.功和能

答案: P = 29.61 kW

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)。 功率等于力乘以速度:P = F·v。

驱动力

m·g = 1200·9.81 = 11772 N
mg·sin θ = 11772·sin 6° = 1231 N
F = 1231 + 250 = 1481 N

功率

v = 72/3.6 = 20 m/s
P = F·v = 1481·20 = 29610 W = 29.61 kW

答案

P = 29.61 kW
10.功和能

答案: x = 9.396 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 = 19.62·(1.5 − 0.25·1.5) = 22.07 J

最大压缩量

½kx² = 22.07 → x = √(2·22.07/5000) = 0.09396 m = 9.396 cm

答案

x = 9.396 cm
11.动量与碰撞

答案: v = 436.3 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.

撞击后的摆动

V = √(2·g·h) = √(2·9.81·0.19) = 1.931 m/s

碰撞

m·v = (m + M)·V → v = (0.02 + 4.5)·1.931/0.02 = 436.3 m/s

答案

v = 436.3 m/s
12.动量与碰撞

答案: J = 17.1 N·s

动量守恒:碰撞过程中若没有外力作用,碰撞前的总动量 Σm·v 等于碰撞后的总动量。速度有方向,所以要选定正方向,反方向的速度取负号。弹性碰撞中动能也守恒;完全非弹性碰撞中物体粘在一起运动。

动量的变化量

J = m·Δv = 0.45·(10 + 28) = 17.1 N·s

答案

J = 17.1 N·s
13.刚体转动

答案: v = 7.335 m/s

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.

势能的减少

m·g·L/2 + mball·g·L = 7.5·9.81·1.15 + 4·9.81·2.3 = 174.9 J

对销钉的转动惯量

IO = m·L²/3 + mball·L² = 13.22 + 21.16 = 34.38 kg·m²

能量衡算

½·IO·ω² = 174.9 → ω = √(2·174.9/34.38) = 3.189 rad/s
v = ω·L = 3.189·2.3 = 7.335 m/s

答案

v = 7.335 m/s
14.刚体转动

答案: a = 2.397 m/s²

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.

运动方程

m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0.4·m·r²·(a/r) → f = 0.4·m·a

加速度

a = g·sin θ/(1 + c) = 9.81·sin 20°/1.4 = 2.397 m/s²

答案

a = 2.397 m/s²
15.齿轮与齿轮系

答案: nw = 160 rpm

Gear trains: meshing gears have the same speed at the teeth, so n₁·N₁ = n₂·N₂: the gear with fewer teeth turns faster. Gears on one shaft turn at the same speed. Power is passed on (minus losses), so torque goes up when speed goes down: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, and P = T·ω with ω = 2π·n/60.

蜗轮转速

nw = n·z/Nw = 1440·4/36 = 160 rpm

答案

nw = 160 rpm
16.齿轮与齿轮系

答案: P = 3.41 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 = 2.747 rad

松边张力

eμθ = e0.8242 = 2.28, T₂ = 1000/2.28 = 438.6 N

功率

P = (1000 − 438.6)·6.074 = 3.41 kW

答案

P = 3.41 kW
17.弹簧与单摆

答案: v = 4.373 m/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 = √(300/0.4) = 27.39 rad/s

x 处的速度

v = ω·√(A² − x²) = 27.39·√(0.16² − 0.01²) = 4.373 m/s

答案

v = 4.373 m/s
18.弹簧与单摆

答案: vmax = 2.713 m/s

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。

角频率

ω = √(460/1.6) = 16.96 rad/s

最大速度

vmax = A·ω = 0.16·16.96 = 2.713 m/s

答案

vmax = 2.713 m/s
19.机械振动

答案: fd = 3.898 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 = √(40000/50) = 28.28 rad/s
fn = 28.28/(2π) = 4.502 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 4.502·√(1 − 0.5²) = 3.898 Hz

答案

fd = 3.898 Hz
20.机械振动

答案: fn = 7.503 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 = 40 + 10 = 50 kN/m
keq = 50·40/(50 + 40) = 22.22 kN/m

固有频率

ωn = √(22222/10) = 47.14 rad/s
fn = 47.14/(2π) = 7.503 Hz

答案

fn = 7.503 Hz

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics