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 = ?s = 1700 m

一架飞机起飞需要 180 km/h 的速度,可用跑道长 1700 m。从静止开始,它需要多大的恒定加速度 a?

v₀ = 0v = 180 km/hs = 1700 m
a = m/s²
2.运动学困难
AB: 11 m/s10 m

球 A 从 10 m 高处由静止释放。同一时刻,球 B 从正下方的地面以 11 m/s 竖直上抛。忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。 两球何时相遇?求 t。

H = 10 mv0B = 11 m/sg = 9.81 m/s²
t = s
3.牛顿定律中等
θ = 40°a = ?m = 12 kg

一个 12 kg 的物块沿倾角为 40° 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 = 12 kgθ = 40°μ = 0.3g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
θ = 35°物块v₀ = 4 m/s

一个物块被推了一下,以 4 m/s 的速度开始沿 35° 的斜面向上滑动。动摩擦因数为 0.1。取 g = 9.81 m/s²。它沿斜面滑行多远 d 后停止?

v₀ = 4 m/sθ = 35°μ = 0.1g = 9.81 m/s²
d = m
5.抛体运动中等
v0​ = 38 m/sθ = ?R = 60 m

一个球从水平地面以 38 m/s 抛出,必须落在 60 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 = 38 m/sR = 60 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.抛体运动困难
h = 25 mv0​ = 19 m/s55°x = ?

一个球 从 25 m 高的悬崖顶上以高于水平面 55° 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 = 19 m/sθ = 55°h = 25 mg = 9.81 m/s²
x = m
7.圆周运动中等
r = 2.1 mω = ?

在游乐场的转筒中,乘客背靠在半径为 2.1 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 0.5。取 g = 9.81 m/s²。 求最小角速度 ω,以 rad/s 表示。

r = 2.1 mμs = 0.5g = 9.81 m/s²
ω = rad/s
8.圆周运动困难
R = 7.5 mh = 26.25 m

一辆 4 kg 的小车在无摩擦轨道上从 26.25 m 高处由静止释放,驶过一个半径为 7.5 m 的竖直圆环。取 g = 9.81 m/s²。 求小车在圆环底部时轨道对它的法向力 Nbottom。

m = 4 kgh = 26.25 mR = 7.5 mg = 9.81 m/s²
Nbottom = N
9.功和能中等
35°d = 15 mμ = 0.1

一个物块由静止沿倾角 35° 的斜面下滑。动摩擦因数为 0.1。求它沿斜面滑行 15 m 后的速度 v。

θ = 35°μ = 0.1d = 15 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
10.功和能困难
h = 4 mL = 3.5 mμ = 0.25k = 2500 N/m

一个 1 kg 的物块从光滑坡道上 4 m 高处由静止释放。到达底部后,它通过一段长 3.5 m 的粗糙水平段(μ = 0.25),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 2500 N/m)。 求物块到达弹簧时的速度 v。

m = 1 kgh = 4 mL = 3.5 mμ = 0.25k = 2500 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
3 kg8 m/s4 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 8 m/s 运动的 3 kg 滑块与一个静止的 4 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 = 4 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
900 kgv1​ = ?800 kg

一辆 900 kg 的汽车撞上一辆停放的 800 kg 汽车。两车残骸卡在一起,滑行 6 m 后停止。轮胎与路面之间的动摩擦因数为 0.5。取 g = 9.81 m/s²。求碰撞前瞬间第一辆汽车的速度 v1。

m1 = 900 kgm2 = 800 kgd = 6 mμ = 0.5g = 9.81 m/s²
v1 = m/s
13.刚体转动中等
v = ?L = 0.7 mm = 7 kg

质量为 7 kg、长为 0.7 m 的均匀细杆一端铰接,在水平位置从静止释放。 忽略摩擦,取 g = 9.81 m/s²。 求杆摆过竖直位置时自由端的速度 v。

m = 7 kgL = 0.7 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
14.刚体转动困难
0.9 m0.15 mn1​ = 50 rpm

一个人站在无摩擦的转盘上,每只手各拿一个 4 kg 的哑铃,距转轴 0.9 m。人和转盘单独对转轴的转动惯量为 5 kg·m²。他们以 50 rpm 转动,然后把哑铃收到距转轴 0.15 m 处。把哑铃看作质点。求新的转速 n2,单位 rpm。

I0 = 5 kg·m²m = 2 × 4 kgr1 = 0.9 mr2 = 0.15 mn1 = 50 rpm
n2 = rpm
15.齿轮与齿轮系中等
N1​ = 24N2​ = 72

一台 4 kW 的电动机以 1450 rpm 运转,驱动一个齿数为 24 的小齿轮,小齿轮与一个齿数为 72 的大齿轮啮合。 该齿轮副的效率为 96%。 求齿轮轴上的输出扭矩 T2。

P = 4 kWn1 = 1450 rpmN1 = 24N2 = 72η = 96%
T2 = N·m
16.齿轮与齿轮系困难
A = 30B = 32C = 15D = 36

一台 11 kW、1440 rpm 的电动机驱动齿轮 A(30 齿),A 与齿轮 B(32 齿)啮合。与 B 同轴的齿轮 C(15 齿)驱动输出轴上的齿轮 D(36 齿)。每对齿轮啮合的效率为 97%。求输出转矩 Tout。

P = 11 kWnin = 1440 rpmA = 30B = 32C = 15D = 36ηmesh = 97%
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
2.4 kgk = 490 N/mA = 20 cm

一个 2.4 kg 的物体连在 k = 490 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 20 cm 后释放。 求振动的总能量 E。

m = 2.4 kgk = 490 N/mA = 20 cm
E = J
19.机械振动中等
k = 150 kN/mc = 310 N·s/mm = 25 kg

一个 25 kg 的质量块由刚度为 150 kN/m 的弹簧和阻尼系数为 310 N·s/m 的黏性阻尼器支承。求阻尼比 ζ。

m = 25 kgk = 150 kN/mc = 310 N·s/m
ζ =
20.机械振动困难
k1​ = 15k2​ = 30k3​ = 100m = 25 kg

一个 25 kg 的质量块悬挂在弹簧 k₃ = 100 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 = 15 kN/m 和 k₂ = 30 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 = 25 kgk1 = 15 kN/mk2 = 30 kN/mk3 = 100 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: a = 0.7353 m/s²

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.

单位

v = 180/3.6 = 50 m/s

加速度

a = v²/(2s) = 50²/(2·1700) = 0.7353 m/s²

答案

a = 0.7353 m/s²
2.运动学

答案: t = 0.9091 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.

相遇时间

向上为正,地面为 y = 0。

10 − ½g·t² = 11·t − ½g·t² → t = 10/11 = 0.9091 s

答案

t = 0.9091 s
3.牛顿定律

答案: a = 4.051 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 40° − 0.3·cos 40°) = 9.81·(0.6428 − 0.2298) = 4.051 m/s²

答案

a = 4.051 m/s²
4.牛顿定律

答案: d = 1.244 m

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.

减速度

两个力都沿斜面向下;质量约去。

a = 9.81·(sin 35° + 0.1·cos 35°) = 6.43 m/s²

距离

d = v₀²/(2a) = 4²/(2·6.43) = 1.244 m

答案

d = 1.244 m
5.抛体运动

答案: θ = 12.03 °

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 = 9.81·60/38² = 0.4076

相角

2θ = 24.06° → θ = 12.03°

答案

θ = 12.03°

另一个解为 90° − θ = 77.97°。

6.抛体运动

答案: x = 47.36 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 = 19·cos 55° = 10.9 m/s
vy = v0·sin θ = 19·sin 55° = 15.56 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 25 + 15.56·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (15.56 + √(242.2 + 490.5))/9.81 = 4.346 s

水平距离

x = vx·t = 10.9·4.346 = 47.36 m

答案

x = 47.36 m
7.圆周运动

答案: ω = 3.057 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/(0.5·2.1)) = 3.057 rad/s

答案

ω = 3.057 rad/s
8.圆周运动

答案: Nbottom = 313.9 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.

由能量守恒求速度

v² = 2·9.81·26.25 = 515 m²/s²

受力

指向圆心为正。

N = m·v²/R + m·g = 4·515/7.5 + 39.24 = 313.9 N

答案

Nbottom = 313.9 N
9.功和能

答案: v = 12.03 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 = √(2·9.81·15·(0.5736 − 0.1·0.8192)) = 12.03 m/s

答案

v = 12.03 m/s
10.功和能

答案: v = 7.83 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 = 9.81·(4 − 0.25·3.5) = 30.66 J

到达弹簧时的速度

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·3.125) = 7.83 m/s

答案

v = 7.83 m/s
11.动量与碰撞

答案: v′1 = −1.143 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 − 4)/(3 + 4)·8 = −1.143 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 4)·8 = 6.857 m/s

答案

v′1 = −1.143 m/s

负号表示第一个滑块被弹回。

12.动量与碰撞

答案: v1 = 14.49 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.

碰撞后的速度

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0.5·9.81·6) = 7.672 m/s

碰撞中的动量

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 1700·7.672/900 = 14.49 m/s

答案

v1 = 14.49 m/s
(52.17 km/h)
13.刚体转动

答案: v = 4.539 m/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.

势能的减少

m·g·L/2 = 7·9.81·0.35 = 24.03 J

对销钉的转动惯量

IO = m·L²/3 = 7·0.7²/3 = 1.143 kg·m²

能量衡算

½·IO·ω² = 24.03 → ω = √(2·24.03/1.143) = 6.484 rad/s
v = ω·L = 6.484·0.7 = 4.539 m/s

答案

v = 4.539 m/s
14.刚体转动

答案: n2 = 110.8 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 = 5 + 2·4·0.9² = 11.48 kg·m²
I2 = 5 + 2·4·0.15² = 5.18 kg·m²

角动量守恒

n2 = n1·I1/I2 = 50·11.48/5.18 = 110.8 rpm

答案

n2 = 110.8 rpm

动能增加了:多出来的能量来自人收哑铃时所做的功。

15.齿轮与齿轮系

答案: T2 = 75.87 N·m

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。

电动机扭矩

ω₁ = 2π·1450/60 = 151.8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 4000/151.8 = 26.34 N·m

输出扭矩

T2 = 26.34·72/24·0.96 = 75.87 N·m

答案

T2 = 75.87 N·m
16.齿轮与齿轮系

答案: Tout = 175.7 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 = 1440·(30/32)·(15/36) = 562.5 rpm
ωout = 2π·562.5/60 = 58.9 rad/s

输出功率和转矩

Pout = 11000·0.97² = 10350 W
Tout = Pout/ωout = 10350/58.9 = 175.7 N·m

答案

Tout = 175.7 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: E = 9.8 J

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 = √(490/2.4) = 14.29 rad/s

能量

E = ½·k·A² = ½·490·0.2² = 9.8 J

答案

E = 9.8 J
19.机械振动

答案: ζ = 0.08004

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·√(150000·25) = 3873 N·s/m

阻尼比

ζ = c/cc = 310/3873 = 0.08004

答案

ζ = 0.08004

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 = 5.608 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 = 15 + 30 = 45 kN/m
keq = 45·100/(45 + 100) = 31.03 kN/m

固有频率

ωn = √(31034/25) = 35.23 rad/s
fn = 35.23/(2π) = 5.608 Hz

答案

fn = 5.608 Hz

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