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)t = ?12.5

一辆以 45 km/h 行驶的汽车以 6 m/s² 的恒定减速度制动,直到停下。 制动需要多长时间?求 t。

v₀ = 45 km/ha = −6 m/s²v = 0
t = s
2.运动学困难
v₀ = 8 m/s10 m

从离地面 10 m 高的屋顶边缘以 8 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 = 8 m/sh₀ = 10 mg = 9.81 m/s²
t = s
3.牛顿定律中等
θ = 25°a = ?m = 5 kg

一个 5 kg 的物块沿倾角为 25° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.1。 取 g = 9.81 m/s²。求物块沿斜面的加速度 a。

m = 5 kgθ = 25°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 6 kg5 kgμ = 0.25

水平桌面上一个 6 kg 的物块通过跨过光滑滑轮的轻绳与一个悬挂的 5 kg 重物相连。 物块与桌面之间的动摩擦因数为 0.25。 取 g = 9.81 m/s²。 求绳中的张力 T。

m1 = 6 kgm2 = 5 kgμ = 0.25g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 28 m/s25°x = ?

一个球 从平地上以高于水平面 25° 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 = 28 m/sθ = 25°g = 9.81 m/s²
x = m
6.抛体运动困难
17 mv0​ = 34 m/s70°x = ?

一个球从地面以 34 m/s、与水平方向成 70° 的角度抛出。它在下落途中落在一栋 17 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 = 34 m/sθ = 70°hroof = 17 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 2.5 mω = ?

在游乐场的转筒中,乘客背靠在半径为 2.5 m 的竖直圆筒壁上。圆筒转得足够快时,底板下降,靠摩擦力托住乘客。静摩擦因数为 0.3。取 g = 9.81 m/s²。 求最小角速度 ω,以 rad/s 表示。

r = 2.5 mμs = 0.3g = 9.81 m/s²
ω = rad/s
8.圆周运动困难
r = 0.6 mv = 5 m/s

一个 0.8 kg 的小球系在长 0.6 m 的绳上,在竖直平面内做圆周运动。在最低点时它的速度为 5 m/s。取 g = 9.81 m/s²。求最低点处绳中的张力 T。

m = 0.8 kgr = 0.6 mv = 5 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.功和能中等
45°d = 4 mμ = 0.4

一个 0.5 kg 的物块沿倾角 45° 的斜面下滑 4 m,动摩擦因数为 0.4。求克服摩擦做的功 Wf。

m = 0.5 kgθ = 45°μ = 0.4d = 4 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.功和能困难
h = 2.5 mL = 5 mμ = 0.2k = 1500 N/m

一个 2 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 5 m 的粗糙水平段(μ = 0.2),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 1500 N/m)。 求弹簧的最大压缩量 x。

m = 2 kgh = 2.5 mL = 5 mμ = 0.2k = 1500 N/mg = 9.81 m/s²
x = cm
11.动量与碰撞中等
2.5 kg4 m/s3 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 4 m/s 运动的 2.5 kg 滑块与一个静止的 3 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 = 2.5 kgm2 = 3 kgv1 = 4 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
1400 kg20 m/s1000 kg10 m/sθ = ?

在一个十字路口,一辆以 20 m/s 向东行驶的 1400 kg 汽车与一辆以 10 m/s 向北行驶的 1000 kg 汽车相撞。两车卡在一起。 求碰撞后瞬间残骸的方向 θ,以东偏北的角度表示。

m1 = 1400 kgv1 = 20 m/s (E)m2 = 1000 kgv2 = 10 m/s (N)
θ = °
13.刚体转动中等
n = 2600 rpmTb​ = 70 N·mI = 37 kg·m²

转动惯量为 37 kg·m² 的飞轮以 2600 rpm 转动。制动器施加 70 N·m 的恒定摩擦转矩。 飞轮在停下之前转过多少圈 N?

I = 37 kg·m²n = 2600 rpmTb = 70 N·m
N = rev
14.刚体转动困难
240 m/s25 g0.44 mL = 0.6 m9.5 kgφ

质量为 9.5 kg、长为 0.6 m 的均匀细杆,从无摩擦的上端枢轴处静止悬挂。一颗 25 g 的子弹以 240 m/s 的速度水平击中杆上枢轴下方 0.44 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 = 9.5 kgL = 0.6 mm = 25 gv = 240 m/sd = 0.44 mg = 9.81 m/s²
φ = °
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 200 mmd2​ = 300 mm1500 rpmT1​ = 600 NT2​ = 300 NP = ?

一条皮带绕在一个以 1500 rpm 转动、直径 200 mm 的主动轮上。紧边张力为 600 N,松边张力为 300 N。求传递的功率 P,单位 kW。

d1 = 200 mmn1 = 1500 rpmT1 = 600 NT2 = 300 N
P = kW
16.齿轮与齿轮系困难
A = 12B = 25C = 16D = 80

在一个复合轮系中,输入轴上的齿轮 A(12 齿)以 960 rpm 转动,驱动齿轮 B(25 齿)。齿轮 C(16 齿)与 B 固定在同一根轴上,驱动输出轴上的齿轮 D(80 齿)。求输出转速 nout。

nin = 960 rpmA = 12B = 25C = 16D = 80
nout = rpm
17.弹簧与单摆中等
L = ?

要使单摆的周期为 1.8 s,摆长应为多少?取 g = 9.81 m/s²。求 L。

T = 1.8 sg = 9.81 m/s²
L = m
18.弹簧与单摆困难
0.8 kgk = 310 N/mA = 11 cm

一个 0.8 kg 的物体连在 k = 310 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 11 cm 后释放。 求它的最大加速度 amax。

m = 0.8 kgk = 310 N/mA = 11 cm
amax = m/s²
19.机械振动中等
k = 200 kN/mc = 2000 N·s/mm = 500 kg

一个 500 kg 的质量块由刚度为 200 kN/m 的弹簧和阻尼系数为 2000 N·s/m 的黏性阻尼器支承。求阻尼比 ζ。

m = 500 kgk = 200 kN/mc = 2000 N·s/m
ζ =
20.机械振动困难
k1​ = 50k2​ = 40m = 40 kg

一个 40 kg 的质量块悬挂在并排(并联)的两根弹簧上,刚度分别为 k₁ = 50 kN/m 和 k₂ = 40 kN/m。质量块保持水平。 忽略阻尼和弹簧的质量。求竖向振动的固有频率 fn,以 Hz 计。

m = 40 kgk1 = 50 kN/mk2 = 40 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: t = 2.083 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。

单位

v₀ = 45/3.6 = 12.5 m/s

制动时间

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 12.5/6 = 2.083 s

答案

t = 2.083 s
2.运动学

答案: t = 2.46 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。

−10 = 8·t − ½·9.81·t²
4.905·t² − 8·t − 10 = 0

解一元二次方程

只有正根有物理意义。

t = (8 + √(8² + 2·9.81·10))/9.81 = 2.46 s

答案

t = 2.46 s
3.牛顿定律

答案: a = 3.257 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 25° − 0.1·cos 25°) = 9.81·(0.4226 − 0.09063) = 3.257 m/s²

答案

a = 3.257 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 33.44 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) = (49.05 − 14.71)/11 = 3.121 m/s²

由桌面上的物块求张力

T − μ·m1·g = m1·a
T = 6·3.121 + 14.71 = 33.44 N

答案

T = 33.44 N
5.抛体运动

答案: x = 61.22 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 = 28·cos 25° = 25.38 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 25° = 11.83 m/s

飞行时间

起点与落点等高:t = 2vy/g。

t = 2·11.83/9.81 = 2.412 s

水平距离

x = vx·t = 25.38·2.412 = 61.22 m

答案

x = 61.22 m
6.抛体运动

答案: x = 68.95 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 = 11.63 m/s, vy = 31.95 m/s

落到屋顶的时间

较大的根:球正在下降。

17 = 31.95·t − 4.905·t²
t = (31.95 + √(31.95² − 2·9.81·17))/9.81 = 5.929 s

水平距离

x = vx·t = 11.63·5.929 = 68.95 m

答案

x = 68.95 m
7.圆周运动

答案: ω = 3.617 rad/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.

乘客受到的力

N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g

角速度

ω = √(g/(μ·r)) = √(9.81/(0.3·2.5)) = 3.617 rad/s

答案

ω = 3.617 rad/s
8.圆周运动

答案: T = 41.18 N

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。

最低点处的受力

指向圆心(向上)为正。

T − m·g = m·v²/r
T = 0.8·9.81 + 0.8·5²/0.6 = 7.848 + 33.33 = 41.18 N

答案

T = 41.18 N
9.功和能

答案: Wf = 5.549 J

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)。

摩擦力

N = mg·cos θ = 4.905·0.7071 = 3.468 N
F = μN = 0.4·3.468 = 1.387 N

克服摩擦做的功

Wf = F·d = 1.387·4 = 5.549 J

答案

Wf = 5.549 J
10.功和能

答案: x = 19.81 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·(2.5 − 0.2·5) = 29.43 J

最大压缩量

½kx² = 29.43 → x = √(2·29.43/1500) = 0.1981 m = 19.81 cm

答案

x = 19.81 cm
11.动量与碰撞

答案: v′1 = −0.3636 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 = (2.5 − 3)/(2.5 + 3)·4 = −0.3636 m/s
v′2 = 2·2.5/(2.5 + 3)·4 = 3.636 m/s

答案

v′1 = −0.3636 m/s

负号表示第一个滑块被弹回。

12.动量与碰撞

答案: θ = 19.65 °

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 = 1400·20 = 28000 kg·m/s
py = 1000·10 = 10000 kg·m/s

方向

tan θ = py/px = 0.3571 → θ = 19.65°

答案

θ = 19.65°
13.刚体转动

答案: N = 3118 rev

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

制动器做的功等于动能

½·I·ω² = ½·37·272.3² = 1.371 × 10⁶ J
θ = 1.371 × 10⁶/70 = 19592 rad

圈数

N = θ/2π = 3118 rev

答案

N = 3118 rev
14.刚体转动

答案: φ = 26.93 °

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 = 9.5·0.6²/3 + 0.025·0.44² = 1.145 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 = 0.025·240·0.44/1.145 = 2.306 rad/s

摆动过程中的能量

½·I·ω² = ½·1.145·2.306² = 3.044 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 28.07·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 3.044/28.07 = 0.8915 → φ = 26.93°

答案

φ = 26.93°
15.齿轮与齿轮系

答案: P = 4.712 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。

皮带速度

v = 15.71 m/s

功率

P = (600 − 300)·15.71 = 4712 W = 4.712 kW

答案

P = 4.712 kW
16.齿轮与齿轮系

答案: nout = 92.16 rpm

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。

第一级

nB = 960·12/25 = 460.8 rpm = nC

第二级

nout = 460.8·16/80 = 92.16 rpm

答案

nout = 92.16 rpm

总传动比 = 10.42 : 1

17.弹簧与单摆

答案: L = 0.8051 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·(1.8/2π)² = 0.8051 m

答案

L = 0.8051 m
18.弹簧与单摆

答案: amax = 42.63 m/s²

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 = √(310/0.8) = 19.69 rad/s

最大加速度

amax = A·ω² = 0.11·19.69² = 42.63 m/s²

答案

amax = 42.63 m/s²
19.机械振动

答案: ζ = 0.1

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·√(200000·500) = 20000 N·s/m

阻尼比

ζ = c/cc = 2000/20000 = 0.1

答案

ζ = 0.1

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 = 7.549 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

并排的弹簧变形相同、力相加,所以刚度直接相加:k = k1 + k2。

keq = 50 + 40 = 90 kN/m

固有频率

ωn = √(90000/40) = 47.43 rad/s
fn = 47.43/(2π) = 7.549 Hz

答案

fn = 7.549 Hz

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