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)1.333 s10

一辆以 36 km/h 行驶的汽车以 7.5 m/s² 的恒定减速度制动,直到停下。 求制动距离 s。

v₀ = 36 km/ha = −7.5 m/s²v = 0
s = m
2.运动学困难
v₀ = 12 m/s30 m

从离地面 30 m 高的屋顶边缘以 12 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 = 12 m/sh₀ = 30 mg = 9.81 m/s²
t = s
3.牛顿定律中等
θ = 25°a = ?m = 18 kg

一个 18 kg 的物块沿倾角为 25° 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 = 18 kgθ = 25°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 6 kg3 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 3 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 = 3 kgμ = 0.25g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 10 m/s40°射程H = ?

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。求球达到的最大高度 H。

v0 = 10 m/sθ = 40°g = 9.81 m/s²
H = m
6.抛体运动困难
6 mv0​ = 40 m/s35°x = ?

一个球从地面以 40 m/s、与水平方向成 35° 的角度抛出。它在下落途中落在一栋 6 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 = 40 m/sθ = 35°hroof = 6 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
L = 1 m35°

一个系在长 1 m 绳上的小球做水平圆周运动,绳与竖直方向保持 35° 的恒定夹角(圆锥摆)。取 g = 9.81 m/s²。 求转一圈所需的时间 T。

L = 1 mθ = 35°g = 9.81 m/s²
T = s
8.圆周运动困难
θ = 18°指向圆心vmax​ = ?

一个半径为 130 m 的弯道倾斜 18°,轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.15。取 g = 9.81 m/s²。 求汽车通过弯道而不向上、向外滑出的最高速度 vmax。

r = 130 mθ = 18°μs = 0.15g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
9.功和能中等
35°d = 11 mμ = 0.15

一个物块由静止沿倾角 35° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.15。求它沿斜面滑行 11 m 后的速度 v。

θ = 35°μ = 0.15d = 11 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
10.功和能困难
k = 1000 N/m30°μ = 0.11 kg

在 30° 斜坡底部有一根刚度为 1000 N/m 的弹簧,它顶着一个 1 kg 的物块被压缩 8 cm,然后释放。物块与斜坡之间的动摩擦因数为 0.1。物块从释放点沿斜坡向上滑行多远 d 后停下?(忽略弹簧推动的那一小段距离,即在整个距离 d 上都计入摩擦和重力。)

m = 1 kgk = 1000 N/mx = 8 cmθ = 30°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
d = m
11.动量与碰撞中等
4 kg68 m/s12 kgv′2​ = ?

一个以 16 m/s 水平运动的 16 kg 抛射体爆炸成沿同一直线运动的两块碎片。4 kg 的碎片以 68 m/s 继续向前运动。求 12 kg 碎片的速度 v′2(以原运动方向为正)。

M = 16 kgu = 16 m/sm1 = 4 kgv′1 = 68 m/sm2 = 12 kg
v′2 = m/s
12.动量与碰撞困难
1.5 kgv = ?20 g25°L = 1.2 m

一颗 20 g 的子弹水平射入一个用长 1.2 m 的轻绳悬挂的 1.5 kg 木块,并留在其中。绳子摆起的最大角度为与竖直方向成 25°。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 20 gM = 1.5 kgL = 1.2 mθ = 25°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.刚体转动中等
L = 2.7 mm = 4 kgα

质量为 4 kg、长为 2.7 m 的均匀细杆一端铰接,保持水平。从静止释放。取 g = 9.81 m/s²。 求释放瞬间销钉对杆的竖直力 R。

m = 4 kgL = 2.7 mg = 9.81 m/s²
R = N
14.刚体转动困难
θ = 10°vs = 8 m

一个实心球从静止开始,沿与水平面成 10° 的斜面无滑动地滚下。取 g = 9.81 m/s²。 求它沿斜面滚过 8 m 后的速度 v。

θ = 10°s = 8 mI = (2/5)·m·r²g = 9.81 m/s²
v = m/s
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 125 mmd2​ = 250 mm2880 rpmn2​ = ?

一个 125 mm 的带轮以 2880 rpm 通过皮带驱动一个 250 mm 的带轮,打滑率为 2.5 %。求从动轮的转速 n2。

n1 = 2880 rpmd1 = 125 mmd2 = 250 mms = 2.5 %
n2 = rpm
16.齿轮与齿轮系困难
A = 36B = 80C = 18D = 36

一台 1.5 kW、2900 rpm 的电动机驱动齿轮 A(36 齿),A 与齿轮 B(80 齿)啮合。与 B 同轴的齿轮 C(18 齿)驱动输出轴上的齿轮 D(36 齿)。每对齿轮啮合的效率为 98%。求输出转矩 Tout。

P = 1.5 kWnin = 2900 rpmA = 36B = 80C = 18D = 36ηmesh = 98%
Tout = N·m
17.弹簧与单摆中等
L = ?

要使单摆的周期为 2.7 s,摆长应为多少?取 g = 9.81 m/s²。求 L。

T = 2.7 sg = 9.81 m/s²
L = m
18.弹簧与单摆困难
t (s)x (cm)t = ?7.2

一个物体做简谐振动,周期为 2.6 s,振幅为 12 cm。 它从平衡位置运动到位移 7.2 cm 处所需的最短时间 t 是多少?

T = 2.6 sA = 12 cmx = 7.2 cm
t = s
19.机械振动中等
k = 50 kN/mζ = 0.6m = 5 kg

一个 5 kg 的质量块挂在刚度为 50 kN/m 的弹簧上,黏性阻尼器使阻尼比为 0.6。求其自由振动的有阻尼固有频率 fd,以 Hz 计。

m = 5 kgk = 50 kN/mζ = 0.6
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 25k2​ = 25k3​ = 10m = 20 kg

一个 20 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 10 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 = 25 kN/m 和 k₂ = 25 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 = 20 kgk1 = 25 kN/mk2 = 25 kN/mk3 = 10 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: s = 6.667 m

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 = 36/3.6 = 10 m/s

制动距离

0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 10²/(2·7.5) = 6.667 m

答案

s = 6.667 m
2.运动学

答案: t = 3.982 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。

−30 = 12·t − ½·9.81·t²
4.905·t² − 12·t − 30 = 0

解一元二次方程

只有正根有物理意义。

t = (12 + √(12² + 2·9.81·30))/9.81 = 3.982 s

答案

t = 3.982 s
3.牛顿定律

答案: a = 1.479 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° − 0.3·cos 25°) = 9.81·(0.4226 − 0.2719) = 1.479 m/s²

答案

a = 1.479 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 24.52 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 − 14.71)/9 = 1.635 m/s²

由桌面上的物块求张力

T − μ·m1·g = m1·a
T = 6·1.635 + 14.71 = 24.52 N

答案

T = 24.52 N
5.抛体运动

答案: H = 2.106 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 = 10·cos 40° = 7.66 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 40° = 6.428 m/s

最高点

在最高点竖直速度为零:vy² = 2gH。

H = vy²/(2g) = 6.428²/(2·9.81) = 2.106 m

答案

H = 2.106 m
6.抛体运动

答案: x = 144.2 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.

分解初速度

vx = 32.77 m/s, vy = 22.94 m/s

落到屋顶的时间

较大的根:球正在下降。

6 = 22.94·t − 4.905·t²
t = (22.94 + √(22.94² − 2·9.81·6))/9.81 = 4.399 s

水平距离

x = vx·t = 32.77·4.399 = 144.2 m

答案

x = 144.2 m
7.圆周运动

答案: T = 1.816 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.

圆的半径

r = L·sin θ = 1·sin 35° = 0.5736 m

速率

拉力和重力共同提供向心的力:tan θ = v²/(r·g)。

v = √(r·g·tan θ) = √(0.5736·9.81·tan 35°) = 1.985 m/s

周期

T = 2π·r/v = 2π·0.5736/1.985 = 1.816 s

答案

T = 1.816 s
8.圆周运动

答案: vmax = 25.23 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.

力的平衡

摩擦力沿斜面向下。

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

速率

v = √(130·9.81·0.4517/0.9047) = 25.23 m/s

答案

vmax = 25.23 m/s
(90.84 km/h)
9.功和能

答案: v = 9.863 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 = √(2·9.81·11·(0.5736 − 0.15·0.8192)) = 9.863 m/s

答案

v = 9.863 m/s
10.功和能

答案: d = 0.5561 m

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)。

弹簧能量

x = 8 cm = 0.08 m
½kx² = ½·1000·0.08² = 3.2 J

沿斜面的能量衡算

m·g = 1·9.81 = 9.81 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 3.2/(9.81·(0.5 + 0.1·0.866)) = 0.5561 m

答案

d = 0.5561 m
11.动量与碰撞

答案: v′2 = −1.333 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.

碰撞前的动量

p = M·u = 16·16 = 256 kg·m/s

碰撞后的动量

256 = 4·68 + 12·v′2
v′2 = (256 − 272)/12 = −1.333 m/s

答案

v′2 = −1.333 m/s

负号表示第二块碎片向后飞。

12.动量与碰撞

答案: v = 112.9 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) = 1.2·(1 − cos 25°) = 0.1124 m

撞击后的速度

V = √(2·9.81·0.1124) = 1.485 m/s

碰撞

v = (m + M)·V/m = 1.52·1.485/0.02 = 112.9 m/s

答案

v = 112.9 m/s
13.刚体转动

答案: R = 9.81 N

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.

对销钉取矩

在释放的瞬间 ω = 0,所以没有向心加速度,质心笔直向下加速。

m·g·L/2 = (m·L²/3)·α → α = 3g/(2L) = 3·9.81/(2·2.7) = 5.45 rad/s²

竖直方向的力

aG = α·L/2 = 7.357 m/s²
m·g − R = m·aG → R = 4·(9.81 − 7.357) = 9.81 N

答案

R = 9.81 N

R = m·g/4,与长度无关。

14.刚体转动

答案: v = 4.412 m/s

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.

下降的高度

h = s·sin θ = 8·sin 10° = 1.389 m

滚动时的能量平衡

无滑动滚动:ω = v/r,接触点处的摩擦力不做功。

m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0.4)
v = √(2·9.81·1.389/1.4) = 4.412 m/s

答案

v = 4.412 m/s
15.齿轮与齿轮系

答案: n2 = 1404 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

2880·125/250 = 1440 rpm

有打滑

n2 = 1440·0.975 = 1404 rpm

答案

n2 = 1404 rpm
16.齿轮与齿轮系

答案: Tout = 21.08 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·(36/80)·(18/36) = 652.5 rpm
ωout = 2π·652.5/60 = 68.33 rad/s

输出功率和转矩

Pout = 1500·0.98² = 1441 W
Tout = Pout/ωout = 1441/68.33 = 21.08 N·m

答案

Tout = 21.08 N·m
17.弹簧与单摆

答案: L = 1.811 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·(2.7/2π)² = 1.811 m

答案

L = 1.811 m
18.弹簧与单摆

答案: t = 0.2663 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/2.6 = 2.417 rad/s

求解时间

0.6 = sin(ω·t) → ω·t = arcsin(0.6) = 0.6435 rad
t = 0.6435/2.417 = 0.2663 s

答案

t = 0.2663 s
19.机械振动

答案: fd = 12.73 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 = √(50000/5) = 100 rad/s
fn = 100/(2π) = 15.92 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 15.92·√(1 − 0.6²) = 12.73 Hz

答案

fd = 12.73 Hz
20.机械振动

答案: fn = 3.249 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 = 25 + 25 = 50 kN/m
keq = 50·10/(50 + 10) = 8.333 kN/m

固有频率

ωn = √(8333/20) = 20.41 rad/s
fn = 20.41/(2π) = 3.249 Hz

答案

fn = 3.249 Hz

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