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
a = 3 m/s²s = 1900 m

一架飞机从静止开始,以 3 m/s² 沿跑道匀加速。求它滑行 1900 m 后的速度 v。

v₀ = 0a = 3 m/s²s = 1900 m
v = m/s
2.运动学困难
AB: 19 m/s55 m

球 A 从 55 m 高处由静止释放。同一时刻,球 B 从正下方的地面以 19 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 = 55 mv0B = 19 m/sg = 9.81 m/s²
y = m
3.牛顿定律中等
20 kg35°F = 40 Nμ = 0.1

一个 20 kg 的雪橇被一根与水平方向成 35° 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 0.1。取 g = 9.81 m/s²。求雪橇的加速度 a。

m = 20 kgF = 40 Nθ = 35°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 2 kg8 kgθ = 25°

倾角为 25° 的斜面上有一个 2 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 8 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。 求绳中的张力 T。

m1 = 2 kgm2 = 8 kgθ = 25°μ = 0.15g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 26 m/s60°射程

一个球 从平地上以高于水平面 60° 的角度抛出。忽略空气阻力。求球落地前的飞行时间 t。

v0 = 26 m/sθ = 60°g = 9.81 m/s²
t = s
6.抛体运动困难
h = 50 mv0​ = 28 m/s30°射程

一个球 从 50 m 高的悬崖顶上以高于水平面 30° 的角度抛出。忽略空气阻力。求球落地前的飞行时间 t。

v0 = 28 m/sθ = 30°h = 50 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.圆周运动中等
r = 95 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 95 m 的水平弯道。轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.5。取 g = 9.81 m/s²。求汽车不打滑地通过弯道的最大速度 vmax。

r = 95 mμs = 0.5g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 1.1 mv = 3.5 m/s

一个 0.6 kg 的小球系在长 1.1 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 3.5 m/s。取 g = 9.81 m/s²。求最低点处绳中的张力 T。

m = 0.6 kgr = 1.1 mv = 3.5 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.功和能中等
15°d = 19 mμ = 0.1

一个 2.5 kg 的物块沿倾角 15° 的斜面下滑 19 m,动摩擦因数为 0.1。求克服摩擦做的功 Wf。

m = 2.5 kgθ = 15°μ = 0.1d = 19 mg = 9.81 m/s²
Wf = J
10.功和能困难
h = 2 mL = 3 mμ = 0.2k = 800 N/m

一个 5 kg 的物块从光滑坡道上 2 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 = 0.2),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 800 N/m)。 求物块到达弹簧时的速度 v。

m = 5 kgh = 2 mL = 3 mμ = 0.2k = 800 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
1100 kg12 m/s1200 kg

一辆以 12 m/s 行驶的 1100 kg 汽车撞上一辆静止的 1200 kg 汽车,两车卡在一起。 碰撞中损失了多少动能 ΔK?

m1 = 1100 kgv1 = 12 m/sm2 = 1200 kgv2 = 0
ΔK = J
12.动量与碰撞困难
1500 kg11 m/s1300 kg15 m/sθ = ?

在一个十字路口,一辆以 11 m/s 向东行驶的 1500 kg 汽车与一辆以 15 m/s 向北行驶的 1300 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 = 1500 kgv1 = 11 m/s (E)m2 = 1300 kgv2 = 15 m/s (N)
θ = °
13.刚体转动中等
L = 1.9 mm = 12 kgα

质量为 12 kg、长为 1.9 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 = 12 kgL = 1.9 mg = 9.81 m/s²
R = N
14.刚体转动困难
圆盘: 32 kg圆环: 18 kgn1​ = 1100 rpm

一个均匀实心圆盘(质量 32 kg,半径 0.2 m)绕无摩擦的竖直轴以 1100 rpm 自由旋转。一个质量为 18 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。 求它们共同的转速 n2,单位 rpm。

Mdisc = 32 kgMring = 18 kgR = 0.2 mn1 = 1100 rpm
n2 = rpm
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 125 mmd2​ = 300 mm1500 rpmn2​ = ?

一个 125 mm 的带轮以 1500 rpm 通过皮带驱动一个 300 mm 的带轮,打滑率为 4 %。求从动轮的转速 n2。

n1 = 1500 rpmd1 = 125 mmd2 = 300 mms = 4 %
n2 = rpm
16.齿轮与齿轮系困难
A = 18B = 60C = 40D = 72

在一个复合轮系中,输入轴上的齿轮 A(18 齿)以 960 rpm 转动,驱动齿轮 B(60 齿)。齿轮 C(40 齿)与 B 固定在同一根轴上,驱动输出轴上的齿轮 D(72 齿)。求输出转速 nout。

nin = 960 rpmA = 18B = 60C = 40D = 72
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
2.3 kgk = 140 N/m

把一个 2.3 kg 的物体挂在一根 k = 140 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 = 140 N/mg = 9.81 m/s²
vmax = m/s
19.机械振动中等
k = 50 kN/mc = 510 N·s/mm = 200 kg

一个 200 kg 的质量块由刚度为 50 kN/m 的弹簧和阻尼系数为 510 N·s/m 的黏性阻尼器支承。求阻尼比 ζ。

m = 200 kgk = 50 kN/mc = 510 N·s/m
ζ =
20.机械振动困难
k1​ = 10k2​ = 40k3​ = 12m = 20 kg

一个 20 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 12 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 = 10 kN/m 和 k₂ = 40 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 = 10 kN/mk2 = 40 kN/mk3 = 12 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: v = 106.8 m/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.

经过该距离后的速度

v = √(2·a·s) = √(2·3·1900) = 106.8 m/s

答案

v = 106.8 m/s
(384.4 km/h)
2.运动学

答案: y = 13.9 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。

55 − ½g·t² = 19·t − ½g·t² → t = 55/19 = 2.895 s

相遇高度

y = 19·2.895 − ½·9.81·2.895² = 13.9 m

答案

y = 13.9 m
3.牛顿定律

答案: a = 0.772 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 = 196.2 − 40·sin 35° = 173.3 N

水平方向的力

m·a = F·cos θ − μ·N = 32.77 − 17.33
a = 15.44/20 = 0.772 m/s²

答案

a = 0.772 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 24.46 N

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 = 78.48 N
m₁·g·sin θ = 8.292 N
μ·m₁·g·cos θ = 2.667 N

系统的加速度

a = (78.48 − 8.292 − 2.667)/10 = 6.752 m/s²

由悬挂物求拉力

m2·g − T = m2·a → T = 8·(9.81 − 6.752) = 24.46 N

答案

T = 24.46 N
5.抛体运动

答案: t = 4.591 s

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 = 26·cos 60° = 13 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 60° = 22.52 m/s

飞行时间

起点与落点等高:t = 2vy/g。

t = 2·22.52/9.81 = 4.591 s

答案

t = 4.591 s
6.抛体运动

答案: t = 4.924 s

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 30° = 24.25 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 30° = 14 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 50 + 14·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14 + √(196 + 981))/9.81 = 4.924 s

答案

t = 4.924 s
7.圆周运动

答案: vmax = 21.59 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) = √(0.5·9.81·95) = 21.59 m/s

答案

vmax = 21.59 m/s (77.71 km/h)
8.圆周运动

答案: T = 12.57 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 = 0.6·9.81 + 0.6·3.5²/1.1 = 5.886 + 6.682 = 12.57 N

答案

T = 12.57 N
9.功和能

答案: Wf = 45.01 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 = 24.53·0.9659 = 23.69 N
F = μN = 0.1·23.69 = 2.369 N

克服摩擦做的功

Wf = F·d = 2.369·19 = 45.01 J

答案

Wf = 45.01 J
10.功和能

答案: v = 5.241 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·(2 − 0.2·3) = 68.67 J

到达弹簧时的速度

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·1.4) = 5.241 m/s

答案

v = 5.241 m/s
11.动量与碰撞

答案: ΔK = 41322 J

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.

共同速度

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1100·12/2300 = 5.739 m/s

碰撞前后的动能

Kbefore = ½·1100·12² = 79200 J
Kafter = ½·2300·5.739² = 37878 J

损失的能量

ΔK = 79200 − 37878 = 41322 J

答案

ΔK = 41322 J

损失的能量转化为形变、热和声音。

12.动量与碰撞

答案: θ = 49.76 °

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 = 1500·11 = 16500 kg·m/s
py = 1300·15 = 19500 kg·m/s

方向

tan θ = py/px = 1.182 → θ = 49.76°

答案

θ = 49.76°
13.刚体转动

答案: R = 29.43 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/(2·1.9) = 7.745 rad/s²

竖直方向的力

aG = α·L/2 = 7.357 m/s²
m·g − R = m·aG → R = 12·(9.81 − 7.357) = 29.43 N

答案

R = 29.43 N

R = m·g/4,与长度无关。

14.刚体转动

答案: n2 = 517.6 rpm

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 = ½·32·0.2² = 0.64 kg·m²
I2 = 18·0.2² = 0.72 kg·m²

角动量守恒

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 1100·0.64/1.36 = 517.6 rpm

答案

n2 = 517.6 rpm
15.齿轮与齿轮系

答案: n2 = 600 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

1500·125/300 = 625 rpm

有打滑

n2 = 625·0.96 = 600 rpm

答案

n2 = 600 rpm
16.齿轮与齿轮系

答案: nout = 160 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 = 960·18/60 = 288 rpm = nC

第二级

nout = 288·40/72 = 160 rpm

答案

nout = 160 rpm

总传动比 = 6 : 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: vmax = 1.257 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 = 2.3·9.81/140 = 0.1612 m = A

最大速度

速度在平衡位置处最大。

ω = √(140/2.3) = 7.802 rad/s
vmax = A·ω = 0.1612·7.802 = 1.257 m/s

答案

vmax = 1.257 m/s
19.机械振动

答案: ζ = 0.08064

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·√(50000·200) = 6325 N·s/m

阻尼比

ζ = c/cc = 510/6325 = 0.08064

答案

ζ = 0.08064

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 = 3.501 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 = 10 + 40 = 50 kN/m
keq = 50·12/(50 + 12) = 9.677 kN/m

固有频率

ωn = √(9677/20) = 22 rad/s
fn = 22/(2π) = 3.501 Hz

答案

fn = 3.501 Hz

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