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 = 5.5 m/s²汽车24 m/s

一辆以恒定的 24 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 5.5 m/s² 匀加速。 警车需要多长时间追上?求 t。

vcar = 24 m/sapolice = 5.5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.运动学困难
v₀ = 11 m/s20 m

从离地面 20 m 高的屋顶边缘以 11 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。 求小球离地面的最大高度 hmax。

v₀ = 11 m/sh₀ = 20 mg = 9.81 m/s²
hmax = m
3.牛顿定律中等
5 kg15°F = 40 Nμ = 0.4

一个 5 kg 的雪橇被一根与水平方向成 15° 向上的绳子以 40 N 的力拉着在平坦的雪地上移动。动摩擦因数为 0.4。取 g = 9.81 m/s²。求雪橇的加速度 a。

m = 5 kgF = 40 Nθ = 15°μ = 0.4g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 8.5 kg7 kgθ = 25°

倾角为 25° 的斜面上有一个 8.5 kg 的物块,它通过一根跨过斜面顶端无摩擦滑轮的轻绳与一个悬挂的 7 kg 物体相连。悬挂物向下运动。 物块与斜面之间的动摩擦因数为 0.15。 取 g = 9.81 m/s²。 求系统的加速度 a。

m1 = 8.5 kgm2 = 7 kgθ = 25°μ = 0.15g = 9.81 m/s²
a = m/s²
5.抛体运动中等
v0​ = 26 m/sθ = ?R = 40 m

一个球从水平地面以 26 m/s 抛出,必须落在 40 m 远处。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。求两个可能的抛射角中较小的一个 θ。

v₀ = 26 m/sR = 40 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.抛体运动困难
h = 10 mv0​ = 18 m/s35°x = ?

一个球 从 10 m 高的悬崖顶上以高于水平面 35° 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 = 18 m/sθ = 35°h = 10 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 135 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 135 m 的水平弯道。轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.3。取 g = 9.81 m/s²。求汽车不打滑地通过弯道的最大速度 vmax。

r = 135 mμs = 0.3g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 0.6 m7.5 m/svtop​ = ?

一个 0.6 kg 的球系在长 0.6 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 7.5 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 = 0.6 kgr = 0.6 mvbottom = 7.5 m/sg = 9.81 m/s²
Ttop = N
9.功和能中等
0.15 kgk = 1000 N/mh = ?

一个玩具发射器有一根刚度为 1000 N/m 的竖直弹簧。把一个 0.15 kg 的球放在上面,将弹簧压缩 10 cm,然后释放。忽略空气阻力和弹簧质量,求球上升的高度 h,从弹簧压缩时球的位置量起。

m = 0.15 kgk = 1000 N/mx = 10 cmg = 9.81 m/s²
h = m
10.功和能困难
h = 1.5 mL = 2.5 mμ = 0.1k = 5000 N/m

一个 5 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 2.5 m 的粗糙水平段(μ = 0.1),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 5000 N/m)。 求物块到达弹簧时的速度 v。

m = 5 kgh = 1.5 mL = 2.5 mμ = 0.1k = 5000 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
3.5 kg3 m/s2 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 3 m/s 运动的 3.5 kg 滑块与一个静止的 2 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 = 3.5 kgm2 = 2 kgv1 = 3 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
30 m/s20 m/s

一个 0.6 kg 的小球以 30 m/s 撞到墙上,并以 20 m/s 沿原路弹回。接触时间为 50 ms。 求墙对小球的平均作用力 Favg。

m = 0.6 kgvin = 30 m/svout = 20 m/sΔt = 50 ms
Favg = N
13.刚体转动中等
n = 1800 rpmTb​ = 95 N·mI = 12.5 kg·m²

转动惯量为 12.5 kg·m² 的飞轮以 1800 rpm 转动。制动器施加 95 N·m 的恒定摩擦转矩。 飞轮在停下之前转过多少圈 N?

I = 12.5 kg·m²n = 1800 rpmTb = 95 N·m
N = rev
14.刚体转动困难
320 m/s25 g0.39 mL = 0.6 m9 kgφ

质量为 9 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 320 m/s 的速度水平击中杆上枢轴下方 0.39 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 kgL = 0.6 mm = 25 gv = 320 m/sd = 0.39 mg = 9.81 m/s²
φ = °
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 150 mmd2​ = 250 mm1450 rpmT1​ = 800 NT2​ = 320 NP = ?

一条皮带绕在一个以 1450 rpm 转动、直径 150 mm 的主动轮上。紧边张力为 800 N,松边张力为 320 N。求传递的功率 P,单位 kW。

d1 = 150 mmn1 = 1450 rpmT1 = 800 NT2 = 320 N
P = kW
16.齿轮与齿轮系困难
d1​ = 150 mmd2​ = 315 mm1450 rpmC = 1200 mmθ = ?

一条开口皮带连接一个 150 mm 的带轮和一个 315 mm 的带轮,二者中心相距 1200 mm。求小带轮上的包角 θ,单位为度。

d1 = 150 mmd2 = 315 mmC = 1200 mm
θ = °
17.弹簧与单摆中等
t (s)x (cm)1.35 s

一个连在 k = 300 N/m 弹簧上的 2.1 kg 物体被沿正方向拉开 12 cm,在 t = 0 时由静止释放。 求 t = 1.35 s 时它相对于平衡位置的位移 x(带符号)。

m = 2.1 kgk = 300 N/mA = 12 cmt = 1.35 s
x = cm
18.弹簧与单摆困难
2.3 kgk = 330 N/m

把一个 2.3 kg 的物体挂在一根 k = 330 N/m、处于原长的竖直弹簧下端,然后由静止释放。取 g = 9.81 m/s²。 求物体的最大速度 vmax。

m = 2.3 kgk = 330 N/mg = 9.81 m/s²
vmax = m/s
19.机械振动中等
k = 40 kN/mc = 280 N·s/mm = 8 kg

一个 8 kg 的质量块由刚度为 40 kN/m 的弹簧和阻尼系数为 280 N·s/m 的黏性阻尼器支承。求阻尼比 ζ。

m = 8 kgk = 40 kN/mc = 280 N·s/m
ζ =
20.机械振动困难
k1​ = 60k2​ = 100m = 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 = 60 kN/m 和 k₂ = 100 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 = 40 kgk1 = 60 kN/mk2 = 100 kN/m
keq = kN/m

3溶液

1.运动学

答案: t = 8.727 s

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 = 2·24/5.5 = 8.727 s

答案

t = 8.727 s

此时警车的速度为 2v = 48 m/s。

2.运动学

答案: hmax = 26.17 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。

高出屋顶的高度

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 11²/(2·9.81) = 6.167 m

离地面的高度

hmax = 20 + 6.167 = 26.17 m

答案

hmax = 26.17 m
3.牛顿定律

答案: a = 4.632 m/s²

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

法向力

N = m·g − F·sin θ = 49.05 − 40·sin 15° = 38.7 N

水平方向的力

m·a = F·cos θ − μ·N = 38.64 − 15.48
a = 23.16/5 = 4.632 m/s²

答案

a = 4.632 m/s²
4.牛顿定律

答案: a = 1.425 m/s²

Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.

沿绳子方向的力

m₂·g = 68.67 N
m₁·g·sin θ = 35.24 N
μ·m₁·g·cos θ = 11.34 N

系统的加速度

a = (68.67 − 35.24 − 11.34)/15.5 = 1.425 m/s²

答案

a = 1.425 m/s²
5.抛体运动

答案: θ = 17.74 °

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.

射程公式

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9.81·40/26² = 0.5805

相角

2θ = 35.48° → θ = 17.74°

答案

θ = 17.74°

另一个解为 90° − θ = 72.26°。

6.抛体运动

答案: x = 41.67 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 = 18·cos 35° = 14.74 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 35° = 10.32 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 10 + 10.32·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (10.32 + √(106.6 + 196.2))/9.81 = 2.826 s

水平距离

x = vx·t = 14.74·2.826 = 41.67 m

答案

x = 41.67 m
7.圆周运动

答案: vmax = 19.93 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) = √(0.3·9.81·135) = 19.93 m/s

答案

vmax = 19.93 m/s (71.76 km/h)
8.圆周运动

答案: Ttop = 26.82 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 = 7.5² − 4·9.81·0.6 = 32.71 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 = 0.6·32.71/0.6 − 0.6·9.81 = 26.82 N

答案

Ttop = 26.82 N
9.功和能

答案: h = 3.398 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 = 10 cm = 0.1 m
½kx² = ½·1000·0.1² = 5 J

高度

m·g = 0.15·9.81 = 1.472 N
h = ½kx²/(mg) = 5/1.472 = 3.398 m

答案

h = 3.398 m
10.功和能

答案: v = 4.952 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 = 49.05·(1.5 − 0.1·2.5) = 61.31 J

到达弹簧时的速度

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·1.25) = 4.952 m/s

答案

v = 4.952 m/s
11.动量与碰撞

答案: v′1 = 0.8182 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 = (3.5 − 2)/(3.5 + 2)·3 = 0.8182 m/s
v′2 = 2·3.5/(3.5 + 2)·3 = 3.818 m/s

答案

v′1 = 0.8182 m/s
12.动量与碰撞

答案: Favg = 600 N

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 = 0.6·(20 + 30) = 30 N·s

平均作用力

Favg = J/Δt = 30/0.05 = 600 N

答案

Favg = 600 N
13.刚体转动

答案: N = 372 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·1800/60 = 188.5 rad/s

制动器做的功等于动能

½·I·ω² = ½·12.5·188.5² = 222066 J
θ = 222066/95 = 2338 rad

圈数

N = θ/2π = 372 rev

答案

N = 372 rev
14.刚体转动

答案: φ = 33.79 °

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 = 9·0.6²/3 + 0.025·0.39² = 1.084 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 = 0.025·320·0.39/1.084 = 2.879 rad/s

摆动过程中的能量

½·I·ω² = ½·1.084·2.879² = 4.491 J
(M·g·L/2 + m·g·d)·(1 − cos φ) = 26.58·(1 − cos φ)
cos φ = 1 − 4.491/26.58 = 0.8311 → φ = 33.79°

答案

φ = 33.79°
15.齿轮与齿轮系

答案: P = 5.466 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 = 11.39 m/s

功率

P = (800 − 320)·11.39 = 5466 W = 5.466 kW

答案

P = 5.466 kW
16.齿轮与齿轮系

答案: θ = 172.1 °

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。

皮带角

asin(0.06875) = 3.942°

包角

θ = 180 − 2·3.942 = 172.1°

答案

θ = 172.1°
17.弹簧与单摆

答案: x = −10.92 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 = √(300/2.1) = 11.95 rad/s
ω·t = 11.95·1.35 = 16.14 rad

位移

x = A·cos(ω·t) = 12·cos(16.14) = −10.92 cm

答案

x = −10.92 cm
18.弹簧与单摆

答案: vmax = 0.819 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.

平衡位置和振幅

x₀ = m·g/k = 2.3·9.81/330 = 0.06837 m = A

最大速度

速度在平衡位置处最大。

ω = √(330/2.3) = 11.98 rad/s
vmax = A·ω = 0.06837·11.98 = 0.819 m/s

答案

vmax = 0.819 m/s
19.机械振动

答案: ζ = 0.2475

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·√(40000·8) = 1131 N·s/m

阻尼比

ζ = c/cc = 280/1131 = 0.2475

答案

ζ = 0.2475

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: keq = 160 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 + 100 = 160 kN/m

答案

keq = 160 kN/m

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