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
警车a = 5 m/s²汽车23 m/s

一辆以恒定的 23 m/s 超速行驶的汽车经过一辆静止的警车。此时警车启动并以 5 m/s² 匀加速。 警车在距其出发点多远处追上?求 d。

vcar = 23 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.运动学困难
v₀ = 14 m/s15 m

从离地面 15 m 高的屋顶边缘以 14 m/s 的速度竖直向上抛出一个小球。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。 抛出后多长时间小球落地?求 t。

v₀ = 14 m/sh₀ = 15 mg = 9.81 m/s²
t = s
3.牛顿定律中等
θ = 45°a = ?m = 10 kg

一个 10 kg 的物块沿倾角为 45° 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 = 10 kgθ = 45°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 8.5 kg3 kgμ = 0.2

水平桌面上一个 8.5 kg 的物块通过跨过光滑滑轮的轻绳与一个悬挂的 3 kg 重物相连。 物块与桌面之间的动摩擦因数为 0.2。 取 g = 9.81 m/s²。 求绳中的张力 T。

m1 = 8.5 kgm2 = 3 kgμ = 0.2g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
52 my = ?v0​ = 36 m/s50°

一个球从水平地面以 36 m/s、与水平方向成 50° 的角度朝 52 m 外的一面墙踢出。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。球经过墙时的高度 y 是多少?

v₀ = 36 m/sθ = 50°x = 52 mg = 9.81 m/s²
y = m
6.抛体运动困难
h = 30 mv0​ = 32 m/s45°x = ?

一个球 从 30 m 高的悬崖顶上以高于水平面 45° 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 = 32 m/sθ = 45°h = 30 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 40 mvmax​ = ?

一辆汽车驶过路面上的一个凸起的顶部,凸起是半径为 40 m 的圆弧。取 g = 9.81 m/s²。速度超过多少 vmax 时,车轮会在顶部离开路面?

r = 40 mg = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 1.2 mv = ?

一个小球系在长 1.2 m 的绳上,在竖直平面内做圆周运动。取 g = 9.81 m/s²。在最高点处,速度至少为多少 vmin 才能使绳子恰好保持绷紧?

r = 1.2 mg = 9.81 m/s²
vmin = m/s
9.功和能中等
45°d = 8 mμ = 0.25

一个物块由静止沿倾角 45° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.25。求它沿斜面滑行 8 m 后的速度 v。

θ = 45°μ = 0.25d = 8 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
10.功和能困难
h = 2.5 mL = 3 mμ = 0.15k = 2000 N/m

一个 1 kg 的物块从光滑坡道上 2.5 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 = 0.15),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 2000 N/m)。 求物块到达弹簧时的速度 v。

m = 1 kgh = 2.5 mL = 3 mμ = 0.15k = 2000 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
3.5 kgv = ?20 gh = 25 cm

一颗 20 g 的子弹水平射入一个用轻绳悬挂的 3.5 kg 木块,并留在其中。木块摆起,直到比初始位置高 25 cm。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 20 gM = 3.5 kgh = 25 cmg = 9.81 m/s²
v = m/s
12.动量与碰撞困难
1700 kg9 m/s2000 kg24 m/sv′ = ?

在一个十字路口,一辆以 9 m/s 向东行驶的 1700 kg 汽车与一辆以 24 m/s 向北行驶的 2000 kg 汽车相撞。两车卡在一起。 求碰撞后瞬间残骸的速度 v′。

m1 = 1700 kgv1 = 9 m/s (E)m2 = 2000 kgv2 = 24 m/s (N)
v′ = m/s
13.刚体转动中等
ω = ?L = 2.4 mm = 3.5 kg

质量为 3.5 kg、长为 2.4 m 的均匀细杆一端铰接,在水平位置从静止释放。 忽略摩擦,取 g = 9.81 m/s²。 求杆摆过竖直位置时的角速度 ω。

m = 3.5 kgL = 2.4 mg = 9.81 m/s²
ω = rad/s
14.刚体转动困难
圆盘: 35 kg圆环: 19 kgn1​ = 1200 rpm

一个均匀实心圆盘(质量 35 kg,半径 0.5 m)绕无摩擦的竖直轴以 1200 rpm 自由旋转。一个质量为 19 kg、半径相同的薄圆环从静止状态落到它上面,圆心对准转轴,两者很快一起旋转。 在这个过程中损失了多少动能 ΔE?

Mdisc = 35 kgMring = 19 kgR = 0.5 mn1 = 1200 rpm
ΔE = J
15.齿轮与齿轮系中等
N1​ = 16N2​ = 80

一台 11 kW 的电动机以 1450 rpm 运转,驱动一个齿数为 16 的小齿轮,小齿轮与一个齿数为 80 的大齿轮啮合。 该齿轮副的效率为 95%。 求电动机轴上的扭矩 T1。

P = 11 kWn1 = 1450 rpmN1 = 16N2 = 80η = 95%
T1 = N·m
16.齿轮与齿轮系困难
d1​ = 80 mmd2​ = 500 mm960 rpmC = 600 mmT1​ = 1000 NT2​P = ?

一条开口皮带把一个以 960 rpm 转动、直径 80 mm 的主动轮与一个 500 mm 的带轮相连;中心距为 600 mm。摩擦系数为 0.35,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 = 960 rpmd2 = 500 mmC = 600 mmμ = 0.35T1 = 1000 N
P = kW
17.弹簧与单摆中等
t (s)x (cm)0.75 s

一个连在 k = 70 N/m 弹簧上的 1.3 kg 物体被沿正方向拉开 12 cm,在 t = 0 时由静止释放。 求 t = 0.75 s 时它相对于平衡位置的位移 x(带符号)。

m = 1.3 kgk = 70 N/mA = 12 cmt = 0.75 s
x = cm
18.弹簧与单摆困难
2.5 kgk = 1100 N/m200 m/s

一颗以 200 m/s 运动的 15 g 子弹击中并留在一个放在无摩擦表面上的 2.5 kg 木块中。木块连在一根 k = 1100 N/m 的水平弹簧上。求由此产生的振动的振幅 A,以 cm 表示。

m = 15 gv = 200 m/sM = 2.5 kgk = 1100 N/m
A = cm
19.机械振动中等
k = 200 kN/mζ = 0.5m = 40 kg

一个 40 kg 的质量块挂在刚度为 200 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 = 40 kgk = 200 kN/mζ = 0.5
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 60k2​ = 5m = 25 kg

一个 25 kg 的质量块悬挂在并排(并联)的两根弹簧上,刚度分别为 k₁ = 60 kN/m 和 k₂ = 5 kN/m。质量块保持水平。 求弹簧系统的等效刚度 keq,以 kN/m 计。

m = 25 kgk1 = 60 kN/mk2 = 5 kN/m
keq = kN/m

3溶液

1.运动学

答案: d = 211.6 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.

距离相等

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·23/5 = 9.2 s

距离

d = v·t = 23·9.2 = 211.6 m

答案

d = 211.6 m

此时警车的速度为 2v = 46 m/s。

2.运动学

答案: t = 3.684 s

匀变速直线运动:v = v₀ + a·t,s = v₀·t + ½·a·t²,v² = v₀² + 2·a·s。选择包含三个已知量和一个待求量的那个方程,并按同一个正方向统一符号。

运动方程

向上为正,地面在出发点下方 h₀ 处。

−15 = 14·t − ½·9.81·t²
4.905·t² − 14·t − 15 = 0

解一元二次方程

只有正根有物理意义。

t = (14 + √(14² + 2·9.81·15))/9.81 = 3.684 s

答案

t = 3.684 s
3.牛顿定律

答案: a = 4.856 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 45° − 0.3·cos 45°) = 9.81·(0.7071 − 0.2121) = 4.856 m/s²

答案

a = 4.856 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 26.1 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) = (29.43 − 16.68)/11.5 = 1.109 m/s²

由桌面上的物块求张力

T − μ·m1·g = m1·a
T = 8.5·1.109 + 16.68 = 26.1 N

答案

T = 26.1 N
5.抛体运动

答案: y = 37.2 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.

到达墙的时间

vx = 36·cos 50° = 23.14 m/s
t = x/vx = 52/23.14 = 2.247 s

此时的高度

y = 27.58·2.247 − ½·9.81·2.247² = 37.2 m

答案

y = 37.2 m

球到达墙时仍在上升。

6.抛体运动

答案: x = 128.7 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 = 32·cos 45° = 22.63 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 45° = 22.63 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 30 + 22.63·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (22.63 + √(512 + 588.6))/9.81 = 5.688 s

水平距离

x = vx·t = 22.63·5.688 = 128.7 m

答案

x = 128.7 m
7.圆周运动

答案: vmax = 19.81 m/s

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.

法向力为零

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9.81·40) = 19.81 m/s

答案

vmax = 19.81 m/s
(71.31 km/h)
8.圆周运动

答案: vmin = 3.431 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。

最高点张力为零

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9.81·1.2) = 3.431 m/s

答案

vmin = 3.431 m/s
9.功和能

答案: v = 9.124 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 = √(2·9.81·8·(0.7071 − 0.25·0.7071)) = 9.124 m/s

答案

v = 9.124 m/s
10.功和能

答案: v = 6.342 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)。

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 = 9.81·(2.5 − 0.15·3) = 20.11 J

到达弹簧时的速度

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·2.05) = 6.342 m/s

答案

v = 6.342 m/s
11.动量与碰撞

答案: v = 389.8 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) = √(2·9.81·0.25) = 2.215 m/s

碰撞

m·v = (m + M)·V → v = (0.02 + 3.5)·2.215/0.02 = 389.8 m/s

答案

v = 389.8 m/s
12.动量与碰撞

答案: v′ = 13.62 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.

动量分量

px = 1700·9 = 15300 kg·m/s
py = 2000·24 = 48000 kg·m/s

残骸的速度

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 50379/3700 = 13.62 m/s

答案

v′ = 13.62 m/s
13.刚体转动

答案: ω = 3.502 rad/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 = 3.5·9.81·1.2 = 41.2 J

对销钉的转动惯量

IO = m·L²/3 = 3.5·2.4²/3 = 6.72 kg·m²

能量衡算

½·IO·ω² = 41.2 → ω = √(2·41.2/6.72) = 3.502 rad/s

答案

ω = 3.502 rad/s
14.刚体转动

答案: ΔE = 17982 J

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.

转动惯量

I1 = ½·35·0.5² = 4.375 kg·m²
I2 = 19·0.5² = 4.75 kg·m²

角动量守恒

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 1200·4.375/9.125 = 575.3 rpm

碰撞前后的动能

E1 = ½·4.375·125.7² = 34544 J
E2 = ½·9.125·60.25² = 16562 J
ΔE = 34544 − 16562 = 17982 J

答案

ΔE = 17982 J
15.齿轮与齿轮系

答案: T1 = 72.44 N·m

齿轮系:相互啮合的齿轮在轮齿处的线速度相同,所以 n₁·N₁ = n₂·N₂:齿数较少的齿轮转得更快。装在同一根轴上的齿轮转速相同。功率被传递下去(扣除损失),所以转速降低时扭矩增大:T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η,且 P = T·ω,其中 ω = 2π·n/60。

电动机扭矩

ω₁ = 2π·1450/60 = 151.8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 11000/151.8 = 72.44 N·m

答案

T1 = 72.44 N·m
16.齿轮与齿轮系

答案: P = 2.301 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 = 2.426 rad

松边张力

eμθ = e0.8493 = 2.338, T₂ = 1000/2.338 = 427.7 N

功率

P = (1000 − 427.7)·4.021 = 2.301 kW

答案

P = 2.301 kW
17.弹簧与单摆

答案: x = 8.534 cm

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 = √(70/1.3) = 7.338 rad/s
ω·t = 7.338·0.75 = 5.503 rad

位移

x = A·cos(ω·t) = 12·cos(5.503) = 8.534 cm

答案

x = 8.534 cm
18.弹簧与单摆

答案: A = 5.704 cm

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.

撞击后的速度

V = m·v/(m + M) = 0.015·200/2.515 = 1.193 m/s

角频率

ω = √(k/(m + M)) = √(1100/2.515) = 20.91 rad/s

振幅

A = V/ω = 1.193/20.91 = 0.05704 m = 5.704 cm

答案

A = 5.704 cm
19.机械振动

答案: fd = 9.746 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 = √(200000/40) = 70.71 rad/s
fn = 70.71/(2π) = 11.25 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 11.25·√(1 − 0.5²) = 9.746 Hz

答案

fd = 9.746 Hz
20.机械振动

答案: keq = 65 kN/m

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

并排的弹簧变形相同、力相加,所以刚度直接相加:k = k1 + k2。

keq = 60 + 5 = 65 kN/m

答案

keq = 65 kN/m

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