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)0.5 s20

一位以 72 km/h 行驶的司机看到一个障碍物。她的反应时间为 0.5 s,之后汽车以 4.5 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 = 72 km/htr = 0.5 sa = −4.5 m/s²
d = m
2.运动学困难
d = ?

一块石头由静止释放落入井中。释放后 2.1 s 听到落水声。声速为 343 m/s;忽略空气阻力,取 g = 9.81 m/s²。求井的深度 d。

ttotal = 2.1 svsound = 343 m/sg = 9.81 m/s²
d = m
3.牛顿定律中等
40 kg25°F = 150 Nμ = 0.25

一个 40 kg 的雪橇被一根与水平方向成 25° 向上的绳子以 150 N 的力拉着在平坦的雪地上移动。动摩擦因数为 0.25。取 g = 9.81 m/s²。求雪橇的加速度 a。

m = 40 kgF = 150 Nθ = 25°μ = 0.25g = 9.81 m/s²
a = m/s²
4.牛顿定律困难
5 kg12 kgTF = 45 Nμ = 0.2

水平地面上的两个物块由一根水平轻绳相连。一个 45 N 的水平力拉前面 12 kg 的物块;5 kg 的物块被拖在后面。两个物块的动摩擦因数均为 0.2。取 g = 9.81 m/s²。 求连接绳中的拉力 T。

m1 = 5 kgm2 = 12 kgF = 45 Nμ = 0.2g = 9.81 m/s²
T = N
5.抛体运动中等
v0​ = 36 m/s50°射程H = ?

一个球 从平地上以高于水平面 50° 的角度抛出。忽略空气阻力。求球达到的最大高度 H。

v0 = 36 m/sθ = 50°g = 9.81 m/s²
H = m
6.抛体运动困难
h = 55 mv0​ = 16 m/s30°射程

一个球 从 55 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 = 16 m/sθ = 30°h = 55 mg = 9.81 m/s²
t = s
7.圆周运动中等
r = 70 mvmax​ = ?

一辆汽车通过半径为 70 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 = 70 mμs = 0.7g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
8.圆周运动困难
r = 1.5 mv = 4.5 m/s

一个 1.2 kg 的小球系在长 1.5 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 4.5 m/s。取 g = 9.81 m/s²。求最低点处绳中的张力 T。

m = 1.2 kgr = 1.5 mv = 4.5 m/sg = 9.81 m/s²
T = N
9.功和能中等
30 km/h

一辆汽车在水平路面上以 30 km/h 行驶,紧急制动后车轮抱死滑行至停止。轮胎与路面之间的动摩擦因数为 0.5。求制动距离 d。

v = 30 km/hμ = 0.5g = 9.81 m/s²
d = m
10.功和能困难
h = 4 mL = 2.5 mμ = 0.3k = 1000 N/m

一个 2 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 2.5 m 的粗糙水平段(μ = 0.3),然后在光滑表面上撞上一根弹簧(k = 1000 N/m)。 求物块到达弹簧时的速度 v。

m = 2 kgh = 4 mL = 2.5 mμ = 0.3k = 1000 N/mg = 9.81 m/s²
v = m/s
11.动量与碰撞中等
4.5 kg11 m/s3 kg

在无摩擦的导轨上,一个以 11 m/s 运动的 4.5 kg 滑块与一个静止的 3 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 = 4.5 kgm2 = 3 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.动量与碰撞困难
3 kgv = ?20 g30°L = 1.9 m

一颗 20 g 的子弹水平射入一个用长 1.9 m 的轻绳悬挂的 3 kg 木块,并留在其中。绳子摆起的最大角度为与竖直方向成 30°。取 g = 9.81 m/s²。求子弹撞击前的速度 v。

m = 20 gM = 3 kgL = 1.9 mθ = 30°g = 9.81 m/s²
v = m/s
13.刚体转动中等
ω = ?L = 1.5 mm = 6 kg

质量为 6 kg、长为 1.5 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的角速度 ω。

m = 6 kgL = 1.5 mg = 9.81 m/s²
ω = rad/s
14.刚体转动困难
θ = 30°a

一个薄圆环沿与水平面成 30° 的斜面无滑动地滚下。取 g = 9.81 m/s²。 求防止它打滑所需的最小静摩擦因数 μs。

θ = 30°I = m·r²g = 9.81 m/s²
μs =
15.齿轮与齿轮系中等
N1​N2​ = ?

两根平行轴相距 112.5 mm。须用一对模数为 1.5 mm、减速比为 4 : 1 的直齿圆柱齿轮把它们连接起来。 大齿轮须有多少个齿 N2?

a = 112.5 mmm = 1.5 mmi = 4
N2 =
16.齿轮与齿轮系困难
A = 30B = 80C = 25D = 48

一台 11 kW、1450 rpm 的电动机驱动齿轮 A(30 齿),A 与齿轮 B(80 齿)啮合。与 B 同轴的齿轮 C(25 齿)驱动输出轴上的齿轮 D(48 齿)。每对齿轮啮合的效率为 97%。求输出转矩 Tout。

P = 11 kWnin = 1450 rpmA = 30B = 80C = 25D = 48ηmesh = 97%
Tout = N·m
17.弹簧与单摆中等
L = 2.9 m

一个单摆的摆长为 2.9 m。取 g = 9.81 m/s²。求小角度摆动时的周期 T。

L = 2.9 mg = 9.81 m/s²
T = s
18.弹簧与单摆困难
2.6 kgk = 110 N/mA = 4 cm

一个 2.6 kg 的物体连在 k = 110 N/m 的弹簧上,从平衡位置拉开 4 cm 后释放。 求它的最大速度 vmax。

m = 2.6 kgk = 110 N/mA = 4 cm
vmax = m/s
19.机械振动中等
k = 4 kN/mζ = 0.6m = 8 kg

一个 8 kg 的质量块挂在刚度为 4 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 = 8 kgk = 4 kN/mζ = 0.6
fd = Hz
20.机械振动困难
k1​ = 10k2​ = 50m = 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 = 10 kN/m,下弹簧 k₂ = 50 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 = 10 kN/mk2 = 50 kN/m
fn = Hz

3溶液

1.运动学

答案: d = 54.44 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 = 72/3.6 = 20 m/s

反应距离

d1 = v₀·tr = 20·0.5 = 10 m

制动距离

d2 = v₀²/(2a) = 20²/(2·4.5) = 44.44 m

合计

d = 10 + 44.44 = 54.44 m

答案

d = 54.44 m
2.运动学

答案: d = 20.42 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.

时间的两部分

½·9.81·t₁² = 343·(2.1 − t₁)
4.905·t₁² + 343·t₁ − 720.3 = 0

下落时间

只有正根有物理意义。

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4.905·720.3))/(2·4.905) = 2.04 s

深度

d = ½·9.81·2.04² = 20.42 m

答案

d = 20.42 m
3.牛顿定律

答案: a = 1.342 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 = 392.4 − 150·sin 25° = 329 N

水平方向的力

m·a = F·cos θ − μ·N = 135.9 − 82.25
a = 53.69/40 = 1.342 m/s²

答案

a = 1.342 m/s²
4.牛顿定律

答案: T = 13.24 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.

整个系统

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (45 − 33.35)/17 = 0.6851 m/s²

单独分析后面的物块

T = m1·(a + μ·g) = 5·(0.6851 + 1.962) = 13.24 N

答案

T = 13.24 N

两个物块的 μ 相同时,摩擦力被消去:T = F·m₁/(m₁ + m₂)。

5.抛体运动

答案: H = 38.76 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 = 36·cos 50° = 23.14 m/s
vy = v0·sin θ = 36·sin 50° = 27.58 m/s

最高点

在最高点竖直速度为零:vy² = 2gH。

H = vy²/(2g) = 27.58²/(2·9.81) = 38.76 m

答案

H = 38.76 m
6.抛体运动

答案: t = 4.262 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 = 16·cos 30° = 13.86 m/s
vy = v0·sin θ = 16·sin 30° = 8 m/s

飞行时间

解 y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0,取正根。

0 = 55 + 8·t − 4.905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8 + √(64 + 1079))/9.81 = 4.262 s

答案

t = 4.262 s
7.圆周运动

答案: vmax = 21.92 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) = √(0.7·9.81·70) = 21.92 m/s

答案

vmax = 21.92 m/s (78.93 km/h)
8.圆周运动

答案: T = 27.97 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 = 1.2·9.81 + 1.2·4.5²/1.5 = 11.77 + 16.2 = 27.97 N

答案

T = 27.97 N
9.功和能

答案: d = 7.079 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)。

以基本单位表示的速度

v = 30/3.6 = 8.333 m/s

能量衡算

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 8.333²/(2·0.5·9.81) = 7.079 m

答案

d = 7.079 m

速度加倍,制动距离变为四倍。

10.功和能

答案: v = 7.985 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 = 19.62·(4 − 0.3·2.5) = 63.77 J

到达弹簧时的速度

½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9.81·3.25) = 7.985 m/s

答案

v = 7.985 m/s
11.动量与碰撞

答案: v′1 = 2.2 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 = (4.5 − 3)/(4.5 + 3)·11 = 2.2 m/s
v′2 = 2·4.5/(4.5 + 3)·11 = 13.2 m/s

答案

v′1 = 2.2 m/s
12.动量与碰撞

答案: v = 337.5 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) = 1.9·(1 − cos 30°) = 0.2546 m

撞击后的速度

V = √(2·9.81·0.2546) = 2.235 m/s

碰撞

v = (m + M)·V/m = 3.02·2.235/0.02 = 337.5 m/s

答案

v = 337.5 m/s
13.刚体转动

答案: ω = 4.429 rad/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 = 6·9.81·0.75 = 44.14 J

对销钉的转动惯量

IO = m·L²/3 = 6·1.5²/3 = 4.5 kg·m²

能量衡算

½·IO·ω² = 44.14 → ω = √(2·44.14/4.5) = 4.429 rad/s

答案

ω = 4.429 rad/s
14.刚体转动

答案: μs = 0.2887

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.

运动方程

m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 1·m·r²·(a/r) → f = 1·m·a

加速度

a = g·sin θ/(1 + c) = 9.81·sin 30°/2 = 2.452 m/s²

所需的摩擦

f = c·m·a ≤ μ·m·g·cos θ → μ ≥ c·tan θ/(1 + c)
μs = 1·tan 30°/2 = 0.2887

答案

μs = 0.2887
15.齿轮与齿轮系

答案: N2 = 120

Gear geometry: the module m sets the tooth size. A gear with N teeth has a pitch diameter d = m·N, two meshing gears have the same module, and their centre distance is a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. The pitch-line speed is v = π·d·n/60, and the tangential tooth force follows from the torque: Ft = 2T/d.

总齿数

N1 + N2 = 2a/m = 2·112.5/1.5 = 150

按传动比分配

N1 = 150/(1 + 4) = 30
N2 = 4·30 = 120

答案

N2 = 120
16.齿轮与齿轮系

答案: Tout = 349 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 = 1450·(30/80)·(25/48) = 283.2 rpm
ωout = 2π·283.2/60 = 29.66 rad/s

输出功率和转矩

Pout = 11000·0.97² = 10350 W
Tout = Pout/ωout = 10350/29.66 = 349 N·m

答案

Tout = 349 N·m
17.弹簧与单摆

答案: T = 3.416 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·√(2.9/9.81) = 3.416 s

答案

T = 3.416 s
18.弹簧与单摆

答案: vmax = 0.2602 m/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。

角频率

ω = √(110/2.6) = 6.504 rad/s

最大速度

vmax = A·ω = 0.04·6.504 = 0.2602 m/s

答案

vmax = 0.2602 m/s
19.机械振动

答案: fd = 2.847 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 = √(4000/8) = 22.36 rad/s
fn = 22.36/(2π) = 3.559 Hz

有阻尼固有频率

fd = fn·√(1 − ζ²) = 3.559·√(1 − 0.6²) = 2.847 Hz

答案

fd = 2.847 Hz
20.机械振动

答案: fn = 6.497 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 = 1/10 + 1/50 → keq = 10·50/(10 + 50) = 8.333 kN/m

固有频率

ωn = √(8333/5) = 40.82 rad/s
fn = 40.82/(2π) = 6.497 Hz

答案

fn = 6.497 Hz

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