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 = 3.5 m/s²汽车34 m/s

一辆以恒定的 34 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 3.5 m/s² 匀加速。 警车在距其出发点多远处追上?求 d。

vcar = 34 m/sapolice = 3.5 m/s²v0,police = 0
d = m
2.运动学困难
AB: 23 m/s45 m

球 A 从 45 m 高处由静止释放。同一时刻,球 B 从正下方的地面以 23 m/s 竖直上抛。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。 它们在离地面多高处 y 相遇?

H = 45 mv0B = 23 m/sg = 9.81 m/s²
y = m
3.牛顿定律中等
θ = 35°a = ?m = 12 kg

一个 12 kg 的物块沿倾角为 35° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.15。 取 g = 9.81 m/s²。求物块沿斜面的加速度 a。

m = 12 kgθ = 35°μ = 0.15g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 5 kg6 kgμ = 0.3

水平桌面上一个 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。 求系统的加速度 a。

m1 = 5 kgm2 = 6 kgμ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.抛体运动中等
v0​ = 36 m/s40°x = ?

一个球 从平地上以高于水平面 40° 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 = 36 m/sθ = 40°g = 9.81 m/s²
x = m
6.抛体运动困难
9 mv0​ = 28 m/s40°x = ?

一个球从地面以 28 m/s、与水平方向成 40° 的角度抛出。它在下落途中落在一栋 9 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 = 28 m/sθ = 40°hroof = 9 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 65 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 65 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 = 65 mμs = 0.4g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 1.4 m12 m/svtop​ = ?

一个 1 kg 的球系在长 1.4 m 的轻绳上,在竖直平面内做圆周运动。在最低点它的速度为 12 m/s。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。求最高点时绳中的拉力 Ttop。

m = 1 kgr = 1.4 mvbottom = 12 m/sg = 9.81 m/s²
Ttop = N
9.功和能中等
54 km/h5°1200 kg

一辆 1200 kg 的汽车以恒定的 54 km/h 驶上 5° 的斜坡。空气阻力和滚动阻力合计 450 N。求车轮须输出的功率 P,以 kW 表示。

m = 1200 kgθ = 5°Fr = 450 Nv = 54 km/hg = 9.81 m/s²
P = kW
10.功和能困难
5 kg2 kgμ = 0.25d = 2.5 m

一个 5 kg 的物块放在粗糙的水平桌面上(μ = 0.25)。一根轻绳从它出发,跨过桌边的光滑滑轮,连接一个悬挂的 2 kg 物块。系统由静止释放。求悬挂物块下降 2.5 m 后两物块的速度 v。

m1 = 5 kgm2 = 2 kgμ = 0.25d = 2.5 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
3 kg9 m/s0.5 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 9 m/s 运动的 3 kg 滑块与一个静止的 0.5 kg 滑块发生完全弹性的正碰。 求碰撞后第一个滑块的速度 v′1(以其原运动方向为正)。

m1 = 3 kgm2 = 0.5 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
5 kgv = ?12 g10°L = 0.5 m

一颗 12 g 的子弹水平射入一个用长 0.5 m 的轻绳悬挂的 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 10°。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 12 gM = 5 kgL = 0.5 mθ = 10°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.刚体转动中等
n = 2600 rpmTb​ = 165 N·mI = 1 kg·m²

转动惯量为 1 kg·m² 的飞轮以 2600 rpm 转动。制动器施加 165 N·m 的恒定摩擦转矩。 它需要多长时间 t 才能停下?

I = 1 kg·m²n = 2600 rpmTb = 165 N·m
t = s
14.刚体转动困难
2.5 m/sω

一个质量为 8.5 kg 的薄圆环以 2.5 m/s 的速度无滑动地滚动。 转动动能占总动能的百分之几 p?

m = 8.5 kgv = 2.5 m/sI = m·r²
p = %
15.齿轮与齿轮系中等
N1​ = 18, m = 4 mm

一台 15 kW、转速 960 rpm 的电动机驱动一个齿数为 18、模数为 4 mm 的小齿轮。求小齿轮齿上的切向力 Ft。

P = 15 kWn = 960 rpmN1 = 18m = 4 mm
Ft = N
16.齿轮与齿轮系困难
A = 50B = 80C = 16D = 45

一台 1.5 kW、2900 rpm 的电动机驱动齿轮 A(50 齿),A 与齿轮 B(80 齿)啮合。与 B 同轴的齿轮 C(16 齿)驱动输出轴上的齿轮 D(45 齿)。每对齿轮啮合的效率为 96%。求输出转矩 Tout。

P = 1.5 kWnin = 2900 rpmA = 50B = 80C = 16D = 45ηmesh = 96%
Tout = N·m
17.弹簧与单摆中等
L = 1.1 mT = 3.42 s

一名宇航员在另一颗行星上发现,一个长 1.1 m 的单摆在小幅摆动时周期为 3.42 s。求该行星上的重力加速度 g。

L = 1.1 mT = 3.42 s
g = m/s²
18.弹簧与单摆困难
4 kgk = 700 N/m400 m/s

一颗以 400 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 4 kg 木块中。木块连在一根 k = 700 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 = 400 m/sM = 4 kgk = 700 N/m
A = cm
19.机械振动中等
k = 25 kN/mc = 360 N·s/mm = 200 kg

一个 200 kg 的质量块由刚度为 25 kN/m 的弹簧和阻尼系数为 360 N·s/m 的黏性阻尼器支承。求阻尼比 ζ。

m = 200 kgk = 25 kN/mc = 360 N·s/m
ζ =
20.机械振动困难
k1​ = 100k2​ = 50k3​ = 20m = 40 kg

一个 40 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 20 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 = 100 kN/m 和 k₂ = 50 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 = 40 kgk1 = 100 kN/mk2 = 50 kN/mk3 = 20 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: d = 660.6 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 = 2·34/3.5 = 19.43 s

距离

d = v·t = 34·19.43 = 660.6 m

答案

d = 660.6 m

此时警车的速度为 2v = 68 m/s。

2.运动学

答案: y = 26.22 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.

相遇时间

向上为正,地面为 y = 0。

45 − ½g·t² = 23·t − ½g·t² → t = 45/23 = 1.957 s

相遇高度

y = 23·1.957 − ½·9.81·1.957² = 26.22 m

答案

y = 26.22 m
3.牛顿定律

答案: a = 4.421 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 35° − 0.15·cos 35°) = 9.81·(0.5736 − 0.1229) = 4.421 m/s²

答案

a = 4.421 m/s²
4.牛顿定律

答案: a = 4.013 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) = (58.86 − 14.71)/11 = 4.013 m/s²

答案

a = 4.013 m/s²
5.抛体运动

答案: x = 130.1 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 = 36·cos 40° = 27.58 m/s
vy = v0·sin θ = 36·sin 40° = 23.14 m/s

飞行时间

起点与落点等高:t = 2vy/g。

t = 2·23.14/9.81 = 4.718 s

水平距离

x = vx·t = 27.58·4.718 = 130.1 m

答案

x = 130.1 m
6.抛体运动

答案: x = 65.89 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 = 21.45 m/s, vy = 18 m/s

落到屋顶的时间

较大的根:球正在下降。

9 = 18·t − 4.905·t²
t = (18 + √(18² − 2·9.81·9))/9.81 = 3.072 s

水平距离

x = vx·t = 21.45·3.072 = 65.89 m

答案

x = 65.89 m
7.圆周运动

答案: vmax = 15.97 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) = √(0.4·9.81·65) = 15.97 m/s

答案

vmax = 15.97 m/s (57.49 km/h)
8.圆周运动

答案: Ttop = 53.81 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.

顶点的速度

在高度 2r 上,动能转化为势能。

vtop² = 12² − 4·9.81·1.4 = 89.06 m²/s²

顶点的受力

拉力和重力都向下,指向圆心。

T + m·g = m·vtop²/r
T = 1·89.06/1.4 − 1·9.81 = 53.81 N

答案

Ttop = 53.81 N
9.功和能

答案: P = 22.14 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 5° = 1026 N
F = 1026 + 450 = 1476 N

功率

v = 54/3.6 = 15 m/s
P = F·v = 1476·15 = 22140 W = 22.14 kW

答案

P = 22.14 kW
10.功和能

答案: v = 2.292 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)。

释放和损失的能量

m₂g·d = 19.62·2.5 = 49.05 J
μ·m₁g·d = 0.25·49.05·2.5 = 30.66 J

两个物块的动能

½(m₁ + m₂)v² = 18.39 → v = √(2·18.39/7) = 2.292 m/s

答案

v = 2.292 m/s
11.动量与碰撞

答案: v′1 = 6.429 m/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。

与静止物体的弹性碰撞

联立动量守恒和能量守恒即可得到这两个结果。

v′1 = (3 − 0.5)/(3 + 0.5)·9 = 6.429 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 0.5)·9 = 15.43 m/s

答案

v′1 = 6.429 m/s
12.动量与碰撞

答案: v = 161.2 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) = 0.5·(1 − cos 10°) = 0.007596 m

撞击后的速度

V = √(2·9.81·0.007596) = 0.3861 m/s

碰撞

v = (m + M)·V/m = 5.012·0.3861/0.012 = 161.2 m/s

答案

v = 161.2 m/s
13.刚体转动

答案: t = 1.65 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.

角速度

ω = 2π·2600/60 = 272.3 rad/s

减速度和时间

α = Tb/I = 165/1 = 165 rad/s²
t = ω/α = 272.3/165 = 1.65 s

答案

t = 1.65 s
14.刚体转动

答案: p = 50 %

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.

平动部分和转动部分

Etrans = ½·m·v² = ½·8.5·2.5² = 26.56 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·26.56 = 26.56 J

转动所占的份额

p = 26.56/53.13·100% = c/(1 + c)·100% = 50%

答案

p = 50 %

这个份额只取决于形状,与质量和速度无关。

15.齿轮与齿轮系

答案: Ft = 4145 N

Gear geometry: the module m sets the tooth size. A gear with N teeth has a pitch diameter d = m·N, two meshing gears have the same module, and their centre distance is a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. The pitch-line speed is v = π·d·n/60, and the tangential tooth force follows from the torque: Ft = 2T/d.

小齿轮上的转矩

ω = 2π·960/60 = 100.5 rad/s
T = P/ω = 15000/100.5 = 149.2 N·m

分度圆直径

d = m·N = 4·18 = 72 mm

切向力

Ft = 2T/d = 2·149.2/0.072 = 4145 N

答案

Ft = 4145 N
16.齿轮与齿轮系

答案: Tout = 20.48 N·m

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.

输出转速

nout = 2900·(50/80)·(16/45) = 644.4 rpm
ωout = 2π·644.4/60 = 67.49 rad/s

输出功率和转矩

Pout = 1500·0.96² = 1382 W
Tout = Pout/ωout = 1382/67.49 = 20.48 N·m

答案

Tout = 20.48 N·m
17.弹簧与单摆

答案: g = 3.713 m/s²

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.

求 g

g = 4π²·L/T² = 4π²·1.1/3.42² = 3.713 m/s²

答案

g = 3.713 m/s²
18.弹簧与单摆

答案: A = 11.32 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) = 0.015·400/4.015 = 1.494 m/s

角频率

ω = √(k/(m + M)) = √(700/4.015) = 13.2 rad/s

振幅

A = V/ω = 1.494/13.2 = 0.1132 m = 11.32 cm

答案

A = 11.32 cm
19.机械振动

答案: ζ = 0.0805

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。

临界阻尼

cc = 2·√(k·m) = 2·√(25000·200) = 4472 N·s/m

阻尼比

ζ = c/cc = 360/4472 = 0.0805

答案

ζ = 0.0805

ζ < 1,所以系统为欠阻尼,在衰减的同时振荡。

20.机械振动

答案: fn = 3.343 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 = 100 + 50 = 150 kN/m
keq = 150·20/(150 + 20) = 17.65 kN/m

固有频率

ωn = √(17647/40) = 21 rad/s
fn = 21/(2π) = 3.343 Hz

答案

fn = 3.343 Hz

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