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)0.6 s10

一位以 36 km/h 行驶的司机看到一个障碍物。她的反应时间为 0.6 s,之后汽车以 6.5 m/s² 的恒定减速度制动。求从她看到障碍物起的总停车距离 d。

v₀ = 36 km/htr = 0.6 sa = −6.5 m/s²
d = m
2.运动学困难
t (s)v (m/s)4 s

一辆有轨电车从静止开始以 1 m/s² 加速 4 s,然后匀速行驶 30 s,最后以 2 m/s² 制动直到停止。 求总行驶时间 t。

a1 = 1 m/s²t1 = 4 st2 = 30 sa3 = −2 m/s²
t = s
3.牛顿定律中等
θ = 35°a = ?m = 17 kg

一个 17 kg 的物块沿倾角为 35° 的光滑斜面下滑。 取 g = 9.81 m/s²。求物块沿斜面的加速度 a。

m = 17 kgθ = 35°μ = 0g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
m1​ = 2 kg5.5 kgμ = 0.2

水平桌面上一个 2 kg 的物块通过跨过光滑滑轮的轻绳与一个悬挂的 5.5 kg 重物相连。 物块与桌面之间的动摩擦因数为 0.2。 取 g = 9.81 m/s²。 求绳中的张力 T。

m1 = 2 kgm2 = 5.5 kgμ = 0.2g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 16 m/sθ = ?R = 20 m

一个球从水平地面以 16 m/s 抛出,必须落在 20 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 = 16 m/sR = 20 mg = 9.81 m/s²
θ = °
6.抛体运动困难
h = 35 mv0​ = 35 m/s35°射程

一个球 从 35 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。求球落地前的飞行时间 t。

v0 = 35 m/sθ = 35°h = 35 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.圆周运动中等
r = 85 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 85 m 的水平弯道。轮胎与路面之间的静摩擦因数为 0.7。取 g = 9.81 m/s²。求汽车不打滑地通过弯道的最大速度 vmax。

r = 85 mμs = 0.7g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 1 mv = 6.5 m/s

一个 1 kg 的小球系在长 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 6.5 m/s。取 g = 9.81 m/s²。求最低点处绳中的张力 T。

m = 1 kgr = 1 mv = 6.5 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.功和能中等
0.5 kgk = 2000 N/mh = ?

一个玩具发射器有一根刚度为 2000 N/m 的竖直弹簧。把一个 0.5 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 = 0.5 kgk = 2000 N/mx = 10 cmg = 9.81 m/s²
h = m
10.功和能困难
k = 2000 N/m15°μ = 0.152 kg

在 15° 斜坡底部有一根刚度为 2000 N/m 的弹簧,它顶着一个 2 kg 的物块被压缩 12 cm,然后释放。物块与斜坡之间的动摩擦因数为 0.15。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 = 2 kgk = 2000 N/mx = 12 cmθ = 15°μ = 0.15g = 9.81 m/s²
d = m
11.动量与碰撞中等
3.5 kg9 m/s4.5 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 9 m/s 运动的 3.5 kg 滑块与一个静止的 4.5 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 = 4.5 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
3.5 kgv = ?12 g15°L = 1 m

一颗 12 g 的子弹水平射入一个用长 1 m 的轻绳悬挂的 3.5 kg 木块,并留在其中。绳子摆起的最大角度为与竖直方向成 15°。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 12 gM = 3.5 kgL = 1 mθ = 15°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.刚体转动中等
v = ?L = 2.1 mm = 6 kg

质量为 6 kg、长为 2.1 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 = 6 kgL = 2.1 mg = 9.81 m/s²
v = m/s
14.刚体转动困难
圆盘: 39 kg圆环: 8 kgn1​ = 550 rpm

一个均匀实心圆盘(质量 39 kg,半径 0.1 m)绕无摩擦的竖直轴以 550 rpm 自由旋转。一个质量为 8 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。 在这个过程中损失了多少动能 ΔE?

Mdisc = 39 kgMring = 8 kgR = 0.1 mn1 = 550 rpm
ΔE = J
15.齿轮与齿轮系中等
d1​ = 80 mmd2​ = 400 mm1500 rpmT1​ = 1500 NT2​ = 300 NP = ?

一条皮带绕在一个以 1500 rpm 转动、直径 80 mm 的主动轮上。紧边张力为 1500 N,松边张力为 300 N。求传递的功率 P,单位 kW。

d1 = 80 mmn1 = 1500 rpmT1 = 1500 NT2 = 300 N
P = kW
16.齿轮与齿轮系困难
d1​ = 160 mmd2​ = 400 mm1500 rpmC = 1200 mmθ = ?

一条开口皮带连接一个 160 mm 的带轮和一个 400 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 = 160 mmd2 = 400 mmC = 1200 mm
θ = °
17.弹簧与单摆中等
L = 2.4 m

一个单摆的摆长为 2.4 m。取 g = 9.81 m/s²。求小角度摆动时的周期 T。

L = 2.4 mg = 9.81 m/s²
T = s
18.弹簧与单摆困难
2.1 kgk = 430 N/mA = 8 cm

一个 2.1 kg 的物体连在 k = 430 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 8 cm 后释放。 求振动的总能量 E。

m = 2.1 kgk = 430 N/mA = 8 cm
E = J
19.机械振动中等
k = 25 kN/mζ = 0.45m = 40 kg

一个 40 kg 的质量块挂在刚度为 25 kN/m 的弹簧上,黏性阻尼器使阻尼比为 0.45。求其自由振动的有阻尼固有频率 fd,以 Hz 计。

m = 40 kgk = 25 kN/mζ = 0.45
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 25k2​ = 80m = 5 kg

一个 5 kg 的质量块悬挂在首尾相接(串联)的两根弹簧上:上弹簧 k₁ = 25 kN/m,下弹簧 k₂ = 80 kN/m。 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 = 5 kgk1 = 25 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: d = 13.69 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.

单位

v₀ = 36/3.6 = 10 m/s

反应距离

d1 = v₀·tr = 10·0.6 = 6 m

制动距离

d2 = v₀²/(2a) = 10²/(2·6.5) = 7.692 m

合计

d = 6 + 7.692 = 13.69 m

答案

d = 13.69 m
2.运动学

答案: t = 36 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.

最高速度

v = a1·t1 = 1·4 = 4 m/s

制动时间

t3 = v/a3 = 4/2 = 2 s

总时间

t = 4 + 30 + 2 = 36 s

答案

t = 36 s
3.牛顿定律

答案: a = 5.627 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 35° − 0·cos 35°) = 9.81·(0.5736 − 0) = 5.627 m/s²

答案

a = 5.627 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 17.27 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) = (53.96 − 3.924)/7.5 = 6.671 m/s²

由桌面上的物块求张力

T − μ·m1·g = m1·a
T = 2·6.671 + 3.924 = 17.27 N

答案

T = 17.27 N
5.抛体运动

答案: θ = 25.02 °

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 = 9.81·20/16² = 0.7664

相角

2θ = 50.03° → θ = 25.02°

答案

θ = 25.02°

另一个解为 90° − θ = 64.98°。

6.抛体运动

答案: t = 5.411 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 = 35·cos 35° = 28.67 m/s
vy = v0·sin θ = 35·sin 35° = 20.08 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 35 + 20.08·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (20.08 + √(403 + 686.7))/9.81 = 5.411 s

答案

t = 5.411 s
7.圆周运动

答案: vmax = 24.16 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) = √(0.7·9.81·85) = 24.16 m/s

答案

vmax = 24.16 m/s (86.98 km/h)
8.圆周运动

答案: T = 52.06 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 = 1·9.81 + 1·6.5²/1 = 9.81 + 42.25 = 52.06 N

答案

T = 52.06 N
9.功和能

答案: h = 2.039 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 = ½·2000·0.1² = 10 J

高度

m·g = 0.5·9.81 = 4.905 N
h = ½kx²/(mg) = 10/4.905 = 2.039 m

答案

h = 2.039 m
10.功和能

答案: d = 1.818 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 = 12 cm = 0.12 m
½kx² = ½·2000·0.12² = 14.4 J

沿斜面的能量衡算

m·g = 2·9.81 = 19.62 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 14.4/(19.62·(0.2588 + 0.15·0.9659)) = 1.818 m

答案

d = 1.818 m
11.动量与碰撞

答案: v′1 = −1.125 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 − 4.5)/(3.5 + 4.5)·9 = −1.125 m/s
v′2 = 2·3.5/(3.5 + 4.5)·9 = 7.875 m/s

答案

v′1 = −1.125 m/s

负号表示第一个滑块被弹回。

12.动量与碰撞

答案: v = 239.3 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·(1 − cos 15°) = 0.03407 m

撞击后的速度

V = √(2·9.81·0.03407) = 0.8176 m/s

碰撞

v = (m + M)·V/m = 3.512·0.8176/0.012 = 239.3 m/s

答案

v = 239.3 m/s
13.刚体转动

答案: v = 7.861 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 = 6·9.81·1.05 = 61.8 J

对销钉的转动惯量

IO = m·L²/3 = 6·2.1²/3 = 8.82 kg·m²

能量衡算

½·IO·ω² = 61.8 → ω = √(2·61.8/8.82) = 3.744 rad/s
v = ω·L = 3.744·2.1 = 7.861 m/s

答案

v = 7.861 m/s
14.刚体转动

答案: ΔE = 94.09 J

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 = ½·39·0.1² = 0.195 kg·m²
I2 = 8·0.1² = 0.08 kg·m²

角动量守恒

n2 = n1·I1/(I1 + I2) = 550·0.195/0.275 = 390 rpm

碰撞前后的动能

E1 = ½·0.195·57.6² = 323.4 J
E2 = ½·0.275·40.84² = 229.3 J
ΔE = 323.4 − 229.3 = 94.09 J

答案

ΔE = 94.09 J
15.齿轮与齿轮系

答案: P = 7.54 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 = 6.283 m/s

功率

P = (1500 − 300)·6.283 = 7540 W = 7.54 kW

答案

P = 7.54 kW
16.齿轮与齿轮系

答案: θ = 168.5 °

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(0.1) = 5.739°

包角

θ = 180 − 2·5.739 = 168.5°

答案

θ = 168.5°
17.弹簧与单摆

答案: T = 3.108 s

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。

单摆周期

T = 2π·√(2.4/9.81) = 3.108 s

答案

T = 3.108 s
18.弹簧与单摆

答案: E = 1.376 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 = √(430/2.1) = 14.31 rad/s

能量

E = ½·k·A² = ½·430·0.08² = 1.376 J

答案

E = 1.376 J
19.机械振动

答案: fd = 3.553 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 = √(25000/40) = 25 rad/s
fn = 25/(2π) = 3.979 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 3.979·√(1 − 0.45²) = 3.553 Hz

答案

fd = 3.553 Hz
20.机械振动

答案: fn = 9.823 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

串联弹簧受力相同、变形相加,所以按倒数组合:1/k = 1/k1 + 1/k2。

1/keq = 1/25 + 1/80 → keq = 25·80/(25 + 80) = 19.05 kN/m

固有频率

ωn = √(19048/5) = 61.72 rad/s
fn = 61.72/(2π) = 9.823 Hz

答案

fn = 9.823 Hz

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