第十章
动量定理
动量定理、动量矩定理和动能定理统称为动力学普遍定理。
注意动量、动量矩、动能与力系的主矢、主矩和做功之间的关系。
注意刚体上的一个重要的点：质心。
重点：动量定理和质心运动定理。
§10--1 动量与冲量
1、动量的概念：
物体之间的相互作用效应跟质量与速度的乘积有关。飞针穿透玻璃；高速路上的飞石；飞鸟撞击飞机；子弹击中目标。/ kg m s
单位:⑴、质点的动量：
质点的质量与速度的乘积称为质点的动量。()mv 动量是矢量，它的方向与质点速度的方向一致。⑵、质点系的动量：
质点系内各质点动量的矢量和称为质点系的动量。
李禄昌1()n i i i p m v ==∑()
i i c m r r m
∑=
质心公式：1()n i i i dr m dt ==∑()i i d m r dt =∑注意：质量m i
是不变的如何进一步简化？⑵、质点系的动量：( )
c d m r dt = c
m v =质点系的动量等于质心速度与其全部质量的乘积。求质点系的动量问题转化为求刚体质心问题。c ω
v C =0
v C
c ωc o v C
8-5 杆OA 长l ，由推杆推动而在图面内绕点O 转动，如图所示。假定推杆的速度为υ，其弯头高为a 。试求杆端A 的速度的大小（表示为由推杆至点O 的距离x 的函数）。 题8－5图 【知识要点】 点得速度合成定理和刚体的定轴转动。 【解题分析】 动点：曲杆上B ，动系：杆OA 绝对运动：直线运动 相对运动：直线运动 牵连运动：定轴转动 【解答】 取OA 杆为动系，曲杆上的点B 为动点 v a = v e +v r 大小： √ ？ ？ 方向： √ √ √ v a = v 2 22222cos :a x va a x v a x va v v v e e e a +=+=+==ωθη 8-10 平底顶杆凸轮机构如图所示，顶杆AB 可沿导轨上下移动，偏心圆盘绕轴O 转动，轴O 位于顶杆轴线上。工作时顶杆的平底始终接触凸轮表面。该凸轮半径为R ，偏心距OC ＝e ，凸轮绕轴O 转动的角速度为ω，OC 与水平线成夹角?。求当?＝0°时，顶杆的速度。 【知识要点】 点的速度合成定理 【解题分析】 动点：点C ，动系：顶杆AB 绝对运动：圆周运动 相对运动：直线运动 牵连运动：平行移动
题8－10图 【解答】 取轮心C 为动点，由速度合成定理有 v a = v e +v r 大小： √ ？ ？ 方向： √ √ √ 解得： v a = v e , v r =0, v e =v a =ωe 8-17 图示铰接四边形机构中，O 1A ＝O 2B ＝100mm ，又O 1 O 2＝AB ，杆O 1A 以等角速度ω ＝2rad/s 绕O 1轴转动。杆AB 上有一套筒C ，此筒与杆CD 相铰接。机构的各部件都在同一铅直面内。求当?=60°时，杆CD 的速度和加速度。 题8－17图 【知识要点】 点的运动速度和加速度合成定理 【解题分析】 动点：套筒C,动系：杆AB 绝对运动：直线运动 相对运动：直线运动 牵连运动：平行移动 【解答】 取C 点为动点，杆AB 为动系 （1）速度 v a =v e + v r , v e = v A = A O 1?ω s m v v e a /1.060cos 0=?= (2) 加速度 a a = a e +a r ,A O a a n A n e 12?==ω 20/35.030cos s m a a n e a =?=
第七章 质点动力学 习题解答 7-1 质量为40 g 的小球M 以初速度v =8 j (m/s)从点A (0, 0, 0.3m)抛出后，受到沿i 方向恒定的电磁力作用，其大小F = kN ，如图所示。求小球M 到达xy 平面点B 时，点B 的坐标和小球的速度。 解：取小球M 为研究对象，小球所受到的主动力为 k i F mg F R -= 由质点运动微分方程R F m =r ，写出投影式 F x m = ，0=y m ，mg z m -= 初始条件为 000====t t y x ，3.00==t z ； 000====t t z x ，v y t ==0 解得质点的速度方程为 t m F x = ，v y = ，gt z -= 质点的运动方程为 22t m F x = ，vt y =，3.02 2+-=t g z 当0=z 时，小球到达xy 平面，由 03.02 2 =+- =t g z 解得s 247.01=t ，于是小球到达xy 平面时的各速度分量为 m/s 7.494811===t m F x t t ，m/s 81===v y t t ，m/s 425.211 -=-==gt z t t . 各坐标为 m 2.61222 11 == =t m F x t t ，m 979.111 ===vt y t t ， m 137.23.02 211 -=+-==t g z t t . 7-2 图示A ，B 两物体的质量分别为m A 和m B ，二者用一细绳连接，此绳跨过一定滑轮，滑轮半径为r 。运动开始时，两物体的高度差为 h ，且m A > m B ，不计滑轮质量。求由静止释放后，两物体达到相同高 度时所需的时间。 解：分别取A 和B 物体为研究对象，受力图如图示，列出动力学方程 TA A A A F W x m -= ， TB B B B F W x m -= ， 式中g m W A A =，g m W B B =，根据题意，有 TB TA F F =，B A x x -=，B A x x -= 初始条件 00==t A x ，h x t B ==0，00==t A x ，00==t B x . 解以上初值问题，得 题7-2图
哈工大理论力学（I）第7版部分习题答案 1-2 两个老师都有布置的题目 2-3?2-6?2-14?2-?20?2-30?6-2?6-4?7-9??7-10?7-17?7-21?8-5?8-8?8-1 6?8-24?10-4? 10-6?11-5?11-15?10-3 以下题为老师布置必做题目 1-1（i,j）, 1-2(e,k) 2-3, 2-6, 2-14，2-20, 2-30 6-2, 6-4 7-9, 7-10, 7-17, 7-21, 7-26 8-5, 8-8(瞬心后留), 8-16, 8-24 10-3, 10-4 10-6 11-5, 11-15 12-10, 12-15, 综4，15，16，18 13-11，13-15，13-16 6-2 图6-2示为把工件送入干燥炉内的机构，叉杆OA= m在铅垂面内转动，杆AB= m，A端为铰链，B端有放置工件的框架。在机构运动时，工件的速度恒为m/s，杆AB始终铅垂。 设运动开始时，角0=?。求运动过程中角?与时间的关系，以及点B的轨迹方程。 10-3 如图所示水平面上放1 均质三棱柱A，在其斜面上又放1 均质三棱柱B。两三棱柱的横截面均为直角三角形。三棱柱 A 的质量为mA三棱柱 B 质量mB的 3 倍，其尺寸如图所示。设各处摩擦不计，初始时系统静止。求当三棱柱 B 沿三棱柱 A 滑下接触到水平面时，三棱柱 A 移动的距离。 11-4 解取A、B 两三棱柱组成 1 质点系为研究对象，把坐标轴Ox 固连于水平面上，O 在 棱柱 A 左下角的初始位置。由于在水平方向无外力作用，且开始时系统处于静止，故系统 质心位置在水平方向守恒。设A、B 两棱柱质心初始位置（如图b 所示）在x 方向坐标 分别为 当棱柱 B 接触水平面时，如图c所示。两棱柱质心坐标分别为 系统初始时质心坐标 棱柱 B 接触水平面时系统质心坐标 因并注意到得 10-4 如图所示，均质杆AB，长l，直立在光滑的水平面上。 求它从铅直位无 初速地倒下时，端点A相对图b所示坐标系的轨迹。 解取均质杆AB 为研究对象，建立图11-6b 所示坐标系Oxy， 原点O与杆AB 运动初始时的点 B 重合，因为杆只受铅垂方向的
2 v v e =1 v v =AB r v v =0 45 45 v r =N B C .第七章 点的合成运动习题解 [习题7-1] 汽车A 以h km v /401=沿直线道路行驶，汽车B 以h km v /2402=沿另一叉道行驶。求在B 车上观察到的Ａ车的速度。 解： 动点：A 车。 动系：固连于B 车的坐标系。 静系：固连地面的坐标系。 绝对运动：动点A 相对于地面的运动。 相对运动：动点A 相对于B 车的运动。 牵连运动：在动系中，动点与动系的重合点， 即牵连点相对于静系（地面）的运动。当Ａ、 Ｂ两车相遇时，即它们之间的距离趋近于０时， Ａ、Ｂ相重合，Ｂ车相对于地面的速度就是 牵连速度。2v v e =。由速度合成定理得： → → → +=r e v v v 。用作图法求得： h km v v AB r /40== （↑） 故，Ｂ车上的人观察到Ａ车的速度为h km v v AB r /40==，方向如图所示。 [习题7-2] 由西向东流的河，宽1000m ，流速为0.5m/s ，小船自南岸某点出发渡至北岸，设小船相对于水流的划速为1m/s 。问：（1）若划速保持与河岸垂直，船在北岸的何处靠岸？渡河时间需多久？（2）若欲使船在北岸上正对出发点处靠岸，划船时应取什么方向？渡河时间需多久？ 解：（１） 动点：船。 动系：固连在流水上。 静系：固连在岸上。 绝对运动：岸上的人看到的船的运动。 相对运动：船上的有看到的船的运动。 牵连运动：与船相重合的水体的运动。 绝对速度：未知待求，如图所示的v 。 相对速度：s m v r /1=，方向如图所示。 牵连速度：s m v e /5.0=，方向如图所示。 由速度合成定理得： → → → +=r e v v v
C v ? A B C r v 1 v 1 v 1 ω?(a) C C ωC v ωO (a) 第10章 动能定理及其应用 10－1 计算图示各系统的动能： 1．质量为m ，半径为r 的均质圆盘在其自身平面内作平面运动。在图示位置时，若已知圆盘上A 、B 两点的速度方向如图示，B 点的速度为v B ，= 45o（图a ）。 2．图示质量为m 1的均质杆OA ，一端铰接在质量为m 2的均质圆盘中心，另一端放在水平面上，圆盘在地面上作纯滚动，圆心速度为v （图b ）。 3．质量为m 的均质细圆环半径为R ，其上固结一个质量也为m 的质点A 。细圆环在水平面上作 纯滚动，图示瞬时角速度为 （图c ）。 解： 1．2 22222163)2(2121)2(212121B B B C C C mv r v mr v m J mv T =?+=+= ω 2．2 22122222214321)(21212121v m v m r v r m v m v m T +=?++= 3．2 2222222)2(2 12121ωωωωmR R m mR mR T =++= 10－2 图示滑块A 重力为1W ，可在滑道内滑动，与滑块A 用铰链连接的是重力为2W 、长为l 的匀质杆AB 。现已知道滑块沿滑道的速度为1v ，杆AB 的角速度为1ω。当杆与铅垂线的夹角为?时，试求系统的动能。 解：图（a ） B A T T T += )2 121(21222211ωC C J v g W v g W ++= 21 221121212211122]cos 22)2 [(22ω?ωω??+?++++=l g W l l v l v l g W v g W ]cos 3 1 )[(2111221222121?ωωv l W l W v W W g +++= 10－3 重力为P F 、半径为r 的齿轮II 与半径为r R 3=的固定内齿轮I 相啮合。齿轮II 通过匀质的曲柄OC 带动而运动。曲柄的重力为Q F ，角速度为ω，齿轮可视为匀质圆盘。试求行星齿轮机构的动能。 解： C OC T T T += 2222)21(212121C C C C OC O r m v m J ωω++= 22P 2P 22Q )2(41)2(21])2(31[21r r r g F r g F r g F ωωω++= 习题10－2图 习题10－3图 B v A C θ (a) v O ω A 习题10－1图 (b) (c) A
第一章 静力学公理与受力分析(1) 一．是非题 1、加减平衡力系公理不但适用于刚体，还适用于变形体。 （ ） 2、作用于刚体上三个力的作用线汇交于一点，该刚体必处于平衡状态。（ ） 3、刚体是真实物体的一种抽象化的力学模型，在自然界中并不存在。 （ ） 4、凡是受两个力作用的刚体都是二力构件。 （ ） 5、力是滑移矢量，力沿其作用线滑移不会改变对物体的作用效果。 （ ） 二．选择题 1、在下述公理、法则、原理中，只适于刚体的有 （ ） ①二力平衡公理 ②力的平行四边形法则 ③加减平衡力系公理 ④力的可传性原理 ⑤作用与反作用公理 三．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。多杆件的整体受力图可在原图上画。 )a (球A )b (杆AB )c (杆AB 、CD 、整体 )d (杆AB 、CD 、整体
)e(杆AC、CB、整体)f(杆AC、CD、整体 四．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。多杆件的整体受力图可在原图上画。 )a(球A、球B、整体)b(杆BC、杆AC、整体
第一章静力学公理与受力分析（2） 一．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。多杆件的整体受力图可在原图上画。 W A D B C E Original Figure A D B C E W W F Ax F Ay F B FBD of the entire frame ) a(杆AB、BC、整体) b(杆AB、BC、轮E、整体 )c(杆AB、CD、整体) d(杆BC带铰、杆AC、整体
理论力学思考题答案 1-1 （1）若F 1=F 2表示力，则一般只说明两个力大小相等，方向相同。 （2）若F 1=F 2表示力，则一般只说明两个力大小相等，方向是否相同，难以判定。 （3）说明两个力大小、方向、作用效果均相同。 1-2 前者为两个矢量相加，后者为两个代数量相加。 1-3 （1）B 处应为拉力，A 处力的方向不对。 （2）C 、B 处力方向不对，A 处力的指向反了。 （3）A 处力的方向不对，本题不属于三力汇交问题。 （4）A 、B 处力的方向不对。 1-4 不能。因为在B 点加和力F 等值反向的力会形成力偶。 1-5 不能平衡。沿着AB 的方向。 1-7 提示：单独画销钉受力图，力F 作用在销钉上；若销钉属于AC ，则力F 作用在AC 上。受力图略。 2-1 根据电线所受力的三角形可得结论。 2-2不同。 2-3（a ）图和（b ）图中B 处约束力相同，其余不同。 2-4（a ）力偶由螺杆上的摩擦力和法向力的水平分力形成的力偶平衡，螺杆上的摩擦力与法向力的铅直方向的分力与N F 平衡。 （b ）重力P 与O 处的约束力构成力偶与M 平衡。 2-5可能是一个力和平衡。 2-6可能是一个力；不可能是一个力偶；可能是一个力和一个力偶。 2-7一个力偶或平衡。 2-8（1）不可能；（2）可能；（3）可能；（4）可能；（5）不可能；（6）不可能。 2-9主矢：''RC RA F F =，平行于BO ；主矩： 2'2C RA M aF =，顺时针。 2-10正确：B ；不正确：A ，C ，D 。 2-11提示：OA 部分相当一个二力构件，A 处约束力应沿OA ，从右段可以判别B 处约束力应平行于DE 。 3-1
7－1. 在图示机构中，曲柄OA上作用一力偶，其矩为M，另在滑块D上作用水平力F。机构尺寸如图所示。求当机构平衡时，力F与力偶矩M的关系。 7－2. 图示桁架中，已知AD=DB=6m，CD=3m，节点D处载荷为P。试用虚位移原理求杆3的内力。
7－3. 组合梁由铰链C 铰接AC 和CE 而成，载荷分布如图所示。已知跨度l=8m ，P=4900N ，均布力q=2450N/m ，力偶矩M=4900N ?m ；求支座反力。 N 2450N 14700N 2450==-=E B A F F F ，， 7－4 组合梁由水平梁AC 、CD 组成，如图所。已知：F 1= 20kN ，F 2 = 12kN ，q = 4kN/m ，M = 2kN ·m 。不计梁自重，试求：固定端A 和支 座B 处的约束力。 组合梁由水平梁AC 、CD 组成，如图12－16a 所。已知：F 1= 20kN ，F 2 = 12kN ，q = 4kN/m ，M = 2kN ·m 。不计梁自重，试求：固定端A 和支座B 处的约束力。 2
(a) (b) 2 2
(d ) (e) 图12－16 例题12－5图 解：组合梁为静定结构，其自由度为零，不可能发生虚位移。为能应用虚位移原理确定A 、B 二处的约束力，可逐次解除一个约束，代之以作用力，使系统具有一个自由度，并解除约束处的正应力视为主动力；分析系统各主动力作用点的虚位移以及相应的虚功，应用虚位移原理建立求解约束力的方程。 为方便计算，可事先算出分布载荷合力大小及作用点。对于本例： 2 2 δr
kN 41=?==q F F K H 各作用点如图12－16b 所示，且HC = CK = 0.5m 。 1．计算支座B 处的约束力 解除支座B ，代之以作用力F N B ，并将其视为主动力。 此时，梁CD 绕点C 转动，系统具有一个自由度。设梁CD 的虚位移为?δ，则各主动力作用点的虚位移如图12－16b 所示。 应用虚位移原理，有 0δ=∑ F W ， 0δ30sin δδδ2N =?+--D B B K K r F M r F r F ? （a ） 图12－16b 中的几何关系， ???δ2δ; δδ; δ5.0δ===D B K r r r 将上述各式代入虚位移原理表达式（a ），有 0δ)5.0(2N =+--?F M F F B K （b ） 因为0δ≠?，于是，由式（b ）求得支座B 的约束力为 kN 125.02N =-+=M F F F K B （c ） 2．求固定端A 处的约束力偶 解除A 端的转动约束，使之成为允许转动的固定铰支座，并代之以约束力偶M A ， 将M A 视为主动力偶（图12－16c ）。这时，梁AC 和CD 可分别绕点A 、B 转动，系统具有一个自由度。设梁AC 有一虚位移δβ，则梁AC 、CD 上各主动力作用点相应的虚位移如图12－16c 所示。 根据虚位移原理
9-10 在瓦特行星传动机构中，平衡杆O 1A 绕O 1轴转动，并借连杆AB 带动曲柄OB ；而曲柄OB 活动地装置在O 轴上，如图所示。在O 轴上装有齿轮Ⅰ，齿轮Ⅱ与连杆AB 固连于一体。已知：r 1＝r 2＝0.33m ，O 1A ＝0.75m ，AB ＝1.5m ；又平衡杆的角速度ωO 1＝6rad/s 。求当γ＝60°且β＝90°时，曲柄OB 和齿轮Ⅰ的角速度。 题9－10图 【知识要点】 Ⅰ、Ⅱ两轮运动相关性。 【解题分析】 本题已知平衡杆的角速度，利用两轮边缘切向线速度相等，找出ωAB ,ωOB 之间的关系，从而得到Ⅰ轮运动的相关参数。 【解答】 A 、B 、M 三点的速度分析如图所示，点C 为AB 杆的瞬心，故有 AB A O CA v A A B ??== 21ωω ωω?= ?=A O CD v AB B 12 3 所以 s rad r r v B OB /75.32 1=+= ω s rad r v CM v M AB M /6,1 == ?=I ωω 9-12 图示小型精压机的传动机构，OA ＝O 1B ＝r ＝0.1m ，EB ＝BD ＝AD ＝l ＝0.4m 。在图示瞬时，OA ⊥AD ，O 1B ⊥ED ，O 1D 在水平位置，OD 和EF 在铅直位置。已知曲柄OA 的转速n ＝120r/min ，求此时压头F 的速度。
题9－12图 【知识要点】 速度投影定理。 【解题分析】 由速度投影定理找到A 、D 两点速度的关系。再由D 、E 、F 三者关系，求F 速度。 【解答】 速度分析如图，杆ED 与AD 均为平面运动，点P 为杆ED 的速度瞬心，故 v F = v E = v D 由速度投影定理，有A D v v =?θcos 可得 s l l r n r v v A F /30.1602cos 2 2m =+??==πθ 9-16 曲柄OA 以恒定的角速度ω＝2rad/s 绕轴O 转动，并借助连杆AB 驱动半径为r 的轮子 在半径为R 的圆弧槽中作无滑动的滚动。设OA ＝AB ＝R ＝2r ＝1m ，求图示瞬时点B 和点C 的速度与加速度。 题9－16图 【知识要点】 基点法求速度和加速度。 【解题速度】 分别对A 、B 运动分析，列出关于B 点和C 点的基点法加速度合成方程，代入已知数据库联立求解。 【解答】 轮子速度瞬心为P, AB 杆为瞬时平动，有
理论力学第七章题解 部门： xxx 时间： xxx 整理范文，仅供参考，可下载自行编辑
理论力学题解 第七章思考题 7.1. 建立适当的坐标系，单摆悬挂点A始终在轴上，摆锤为 B，摆长，则摆锤的约束方程为：， ，，。可见， 摆锤受完整、双侧、非稳定约束。是否受理想约束，要视悬挂点的约束情况而定。b5E2RGbCAP 7.2. 轮I、II、III的转角可唯一确定力学系统的位置， 被确定后，轮I及绳的位置被确定，确定后，轮II轮III 的位置随之确定。为系统的广义坐标。系统的自由度为 3。p1EanqFDPw 7.3. 由于约束方程可积，积分为：<为积分常 数），所以该约束属于完整约束。 7.4. 7.5. 7.6. <1）由于已知平板的运动规律，所以圆轮与平板的接触点的虚位移<相对固定平面）＝<相对平板）＋<平板牵连运动引起 的）中的。又因圆轮作无滑滚动，因此。于是圆轮所受 约束力的虚功之和，圆轮受理想约束。<2）由于平 板运动规律没有预先给定，，，圆轮 受到非理想约束。如果以圆轮和平板作为一个系统，约束力的虚功之和为零，系统受理想约束。DXDiTa9E3d
7.7. 7.8. 7.9. 因<是质点1相对质点2的相 对虚位移）。所以或，都会导致两约束力的虚功之和 为零。 7.10. 7.11. 第七章习题 7.1. 杆的自由度为1，以杆与水平方向的夹角作为广义坐标，根 据虚功原理， 第一章静力学公理与受力分析(1) 一．是非题 1、加减平衡力系公理不但适用于刚体，还适用于变形体。（） 2、作用于刚体上三个力的作用线汇交于一点，该刚体必处于平衡状态。（） 3、刚体是真实物体的一种抽象化的力学模型，在自然界中并不存在。（） 4、凡是受两个力作用的刚体都是二力构件。（） 5、力是滑移矢量，力沿其作用线滑移不会改变对物体的作用效果。（）二．选择题 1、在下述公理、法则、原理中，只适于刚体的有（） ①二力平衡公理②力的平行四边形法则 ③加减平衡力系公理④力的可传性原理⑤作用与反作用公理 三．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。整体受力图可在原图上画。 )a(球A )b(杆AB d(杆AB、CD、整体 )c(杆AB、CD、整体) )e(杆AC、CB、整体)f(杆AC、CD、整体 四．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。多杆件的整体受力图可在原图上画。 )a(球A、球B、整体)b(杆BC、杆AC、整体 第一章静力学公理与受力分析（2） 一．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。整体受力图可在原图上画。 W A D B C E Original Figure A D B C E W W F Ax F Ay F B FBD of the entire frame )a(杆AB、BC、整体)b(杆AB、BC、轮E、整体 )c(杆AB、CD、整体) d(杆BC带铰、杆AC、整体 f(杆AD、杆DB、整体)e(杆CE、AH、整体) )g(杆AB带轮及较A、整体)h(杆AB、AC、AD、整体 班级姓名学号 第一章静力学公理与受力分析 (1) 一．是非题 1、加减平衡力系公理不但适用于刚体，还适用于变形体。（） 2、作用于刚体上三个力的作用线汇交于一点，该刚体必处于平衡状态。（） 3、刚体是真实物体的一种抽象化的力学模型，在自然界中并不存在。（） 4、凡是受两个力作用的刚体都是二力构件。（） 5、力是滑移矢量，力沿其作用线滑移不会改变对物体的作用效果。（）二．选择题 1、在下述公理、法则、原理中，只适于刚体的有（） ①二力平衡公理②力的平行四边形法则 ③加减平衡力系公理④力的可传性原理⑤作用与反作用公理 三．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑 接触。整体受力图可在原图上画。 ( a ) 球A( b ) 杆AB ( c ) 杆AB、CD、整体( d ) 杆AB、CD、整体 ( e ) 杆AC、CB、整体( f ) 杆AC、CD、整体 四．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑接触。多杆件的整体受力图可在原图上画。 ( a )球A、球B、整体( b ) 杆BC、杆AC、整体 班级 姓名 学号 第一章 静力学公理与受力分析（ 2） 一．画出下列图中指定物体受力图。未画重力的物体不计自重，所有接触处均为光滑 接触。整体受力图可在原图上画。 C C A A D B F Ax B D F Ay W F B E E W W ( a ) 杆 AB Original Figure FBD of the entire frame 、 BC 、 整体 、 BC 、 轮 E 、 整体 ( b ) 杆 AB ( c ) 杆 AB 、 CD 、整体 ( d ) 杆 BC 带铰 、杆 AC 、整体 第七章 点的合成运动 一、是非题 7.1.1动点的相对运动为直线运动，牵连运动为直线平动时，动点的绝对运动必为直线运动。 （ × ） 7.1.2无论牵连运动为何种运动，点的速度合成定理r e a v v v +=都成立。 （ ∨ ） 7.1.3某瞬时动点的绝对速度为零，则动点的相对速度和牵连速度也一定为零。 （ × ） 7.1.4当牵连运动为平动时，牵连加速度等于牵连速度关于时间的一阶导数。 （ ∨ ） 7.1.5动坐标系上任一点的速度和加速度就是动点的牵连速度和牵连加速度。 （ × ） 7.1.6不论牵连运动为何种运动，关系式a a +a a r e =都成立。 （ × ） 7.1.7只要动点的相对运动轨迹是曲线，就一定存在相对切向加速度。 （ × ） 7.1.8在点的合成运动中，判断下述说法是否正确： （1）若r v 为常量，则必有r a =0。 （ × ） （2）若e ω为常量，则必有e a =0. （ × ） （3）若e r ωv //则必有0=C a 。 （ ∨ ） 7.1.9在点的合成运动中，动点的绝对加速度总是等于牵连加速度与相对加速度的矢量和。 ( × ) 7.1.10当牵连运动为定轴转动时一定有科氏加速度。 （ × ） 二、 填空题 7.2.1 牵连点是某瞬时 动系 上与 动点 重合的那一点。7.2.2在 v e 与v r 共线 情况下，动点绝对速度的大小为e a v v =大小为22r e a v v v +=，在一般情况下，若已知v e 、v r ，应按v a 的大小。 三、选择题： 7.3.1 动点的牵连速度是指某瞬时牵连点的速度，它相对的坐标系是（ A ）。 A 、 定参考系 B 、 动参考系 C 、 任意参考系 7.3.2 在图示机构中，已知t b a s ωsin +=， 且t ω?=（其中a 、 b 、ω均为常数），杆长为L ，若取小球A 为动点，动系固结于物块B ， 定系固结于地面，则小球的牵连速度v e 的大小为（ B ）。 A 、 ωL B 、 t b ωωcos C 、 t L t b ωωωωcos cos + D 、ωωωL t b +cos 四、计算题 7.4.1 杆OA 长L ，由推杆BC 通过套筒B 推动而在图面内绕点O 转动，如图所示。假定推杆的速度为v ，其弯2学时对完概念题的答案和从最后到第十二章动能定理的讲解 第十章习题解答 10-1 判断下列说法正确与否 （1）质点运动的方向就是受力方向。 （2）质点受到的力大，则速度也大，受到的力小则速度也小。 （3）两个质量相同的质点，如果受到的力相同，则它们在同一坐标系中的运动微分方程完全相同，运动规律也完全相同。 解：（1）不对，质点运动的方向是其受合力的方向。 （2）不对，第一宇宙速度很大，但是加速度很小。 （3）对。 10-2 质点受力已知，则其运动微分方程的形式与下列哪些因素有关？ （1）坐标原点的位置； （2）坐标轴的取向； （3）坐标轴的形式（直角坐标系或自然坐标系）； （4）初始条件。 解：只与（4）有关。理由：（1）（2）（3）只影响大小、方向，不影响微分方程。 10-3 小球质量为m ，用两细绳AB 、AC 挂起，如图10-7所示。现在把绳AB 突然剪断，试求这一瞬时绳AC 的拉力，并求出AB 未剪断时绳AC 的拉力。 解: 未剪断前： AB 和AC 的拉力F 相同，所以 θ θcos 2mg F mg COS F AC AC = →= 剪断后： 此时，受力如图 ，这时，由平行四边形定则可知， θ cos mg F AC = 10-4 如图10-8所示，在桥式起重机的小车上用长度为l 的钢丝绳悬掉着质量为m 的重物A 。 小车以匀速o v 向右运动时，钢丝绳保持铅垂方向。设小绳的拉力1F 。设重物摆到最高位置时的偏角为?，再求此瞬时拉力2F 。 解： 刚开始晃动时： 图 10-8 mg l mv F mg F Fu Fu l mv o o +=-==∑ ∑ 2 112 2 s m 5.2a =-=+=解得：Mg F Ma m m M B A N F a m F g m x k A A 15011==--?解得：偏角为?时，运用平行四边形原则可求知： 10-5 如图10-9所示重量都是200N 的物块A 和B ，链接在弹簧两端，再一起放进框架内。 这时，弹簧被压缩了10mm 。设弹簧刚度mm N k 40=，弹簧和框架的重量可以不计。现以 铅垂力N F 500=向上拉动框架，试分别求出物块A 、B 对框架的压力。 解： 由题意可知: 对整体分析： 对物块A 分析： 对物块B 分析： N F a m x k g m F B B 65022==?--解得： 10-6重物A 和重物B 的质量分别为kg m A 20=和kg m B 40=，相互用质量可以不计的弹簧连接，如图10-10所示。已知重物A 沿铅直向上的y 做简谐运动，其规律为),2cos(t T A y π= 周期s T 25.0=，振幅cm A 1=，试求支撑面所受压力的最大值和最小值。 解： 由题意可知：a m g m g m F A B A ±+= dt dy v dt dv m a m A A = =, 所以 又y 的值在[]0.1，1 .0-之间变化，所以当1.0-=y 时 物块B 所受压力最大。此时： 2 2 64.0s m a π=→ ?cos 02mg F ma F ma y y y === ∑ t co dt v d a t dt dy v ππππ864.08sin 08.02-== -== → → → 理论力学课后习题答案-第10章--动能定理及其应用-) (a) v ? A B C r v 1 v 1 v 1 ω?(a) C C ωC v ωO 第10章 动能定理及其应用 10－1 计算图示各系统的动能： 1．质量为m ，半径为r 的均质圆盘在其自身平面内作平面运动。在图示位置时，若已知圆盘上A 、B 两点的速度方向如图示，B 点的速度为v B ，θ = 45o（图a ）。 2．图示质量为m 1的均质杆OA ，一端铰接在质量为m 2的均质圆盘中心，另一端放在水平面上，圆盘在地面上作纯滚动，圆心速度为v （图b ）。 3．质量为m 的均质细圆环半径为R ，其上固结一个质量也为m 的质点A 。细圆环在水平面上 作纯滚动，图示瞬时角速度为ω（图c ）。 解： 1．22 2 2 22 16 3 )2(2121)2(212121B B B C C C mv r v mr v m J mv T =?+=+=ω 2．2221222222 14321)(21212121v m v m r v r m v m v m T +=?++= 3． 2 2222222)2(2 1 2121ωωωωmR R m mR mR T =++= 10－2 图示滑块A 重力为1W ，可在滑道内滑动，与滑块A 用铰链连接的是重力为2W 、长为l 的匀质杆AB 。现已知道滑块沿滑道的速度为1v ，杆AB 的角速度为1ω。当杆与铅垂线的夹角为?时，试求系 统的动能。 解：图（a ） B A T T T += )2 1 21(21222 2 1 1 ωC C J v g W v g W + += 21 221121212211122]cos 22)2[(22ω?ωω??+?++++=l g W l l v l v l g W v g W ]cos 3 1)[(2111221222121?ωωv l W l W v W W g +++= 10－3 重力为P F 、半径为r 的齿轮II 与半径为r R 3=的固定内齿轮I 相啮合。齿轮II 通过匀质的曲柄OC 带动而运动。曲柄的重力为Q F ，角速度为ω，齿轮可视为匀质圆盘。试求行星齿轮机构的动能。 解： C OC T T T += 习题10－2图 习题10－3图 B v A C θ (a) v O ω A 习题10－1图 (b) (c) A ·115· 第10章 动量定理 一、是非题(正确的在括号内打“√”、错误的打“×”) 1．内力虽不能改变质点系的动量，但可以改变质点系中各质点的动量。 ( √ ) 2．内力虽不影响质点系质心的运动，但质点系内各质点的运动，却与内力有关。( √ ) 3．质点系的动量守恒时，质点系内各质点的动量不一定保持不变。 ( √ ) 4．若质点系所受的外力的主矢等于零，则其质心坐标保持不变。 ( × ) 5．若质点系所受的外力的主矢等于零，则其质心运动的速度保持不变。 ( √ ) 二、填空题 1．质点的质量与其在某瞬时的速度乘积，称为质点在该瞬时的动量。 2．力与作用时间的乘积，称为力的冲量。 3．质点系的质量与质心速度的乘积称为质点系的动量。 4． 质点系的动量随时间的变化规律只与系统所受的外力有关，而与系统的内力无关。 5．质点系动量守恒的条件是质点系所受外力的主矢等于零，质点系在x 轴方向动量守恒的条件是质点系所受外力沿x 轴方向投影的代数和等于零。 6．若质点系所受外力的矢量和等于零，则质点系的动量和质心速度保持不变。 三、选择题 1．如图10.12所示的均质圆盘质量为m ，半径为R ，初始角速度为0ω，不计阻力，若不再施加主动力，问轮子以后的运动状态是( C )运动。 (A) 减速 (B) 加速 (C) 匀速 (D) 不能确定 2．如图10.13所示的均质圆盘质量为m ，半径为R ，可绕O 轴转动，某瞬时圆盘的角速度为ω，则此时圆盘的动量大小是( A )。 (A) 0P = (B) P m R =ω (C) 2P m R =ω (D) 2P m R /=ω 图10.12 图10.13 3．均质等腰直角三角板，开始时直立于光滑的水平面 上，如图10.14所示。给它一个微小扰动让其无初速度倒下，问其重心的运动轨迹是( C )。 (A) 椭圆 (B) 水平直线 (C) 铅垂直线 (D) 抛物线 A B C 图10.14 4-7 图示空间构架由三根无重直杆组成，在D 端用球铰链连接，如图所示。A 、B 和C 端 则用球铰链固定在水平地板上。如果挂在D 端的物重P ＝10kN ，试求铰链A 、B 和C 的反力。 题4-7图 【知识要点】 空间汇交力系的平衡方程。 【解题分析】 空间汇交力系平衡方程的一般形式为三个投影式。 【解答】 受力分析如图所示，可知三杆都是二力杆 ∑∑∑=--+==-==-=015sin 30sin 45sin 30sin 45sin ,0015cos 30cos 45sin 30cos 45sin ,0045cos 45cos ,0000000000000P F F F F F F F F F F F C A A z C B A y B A x ＋ 由上面三个方程联立，解得F A = F B = 26.39kN F C = 33.46kN 4-14 图示电动机以转矩M 通过链条传动将重物P 等速提起，链条与水平线成30?角（直线O 1x 1平行于直线A x ）。已知：r ＝100mm ，R ＝200mm ，P ＝10kN ，链条主动边（下边）的拉力为从动边拉力的两倍。轴及轮重不计求支座A 和B 的反力以及链条的拉力。 【知识要点】 空间任意力系的平衡方程。 【解题分析】 此力系在y 方向投影自动满足，所有只有五个独立方程。 【解答】 将大小转轮相连的链条断开后，系统受力如图。 已知链条下边的拉力为上边的拉力的二倍，则F 1 =2F 2 。 题4－14图 由力系平衡可得 ∑∑∑∑∑=+--==+-==--+==--++==+++=030cos )(6001000,0)(0 Pr )(,0)(030030sin )(6001000,0)(0 30sin )(,00 30cos )(,00 2 112021021021F F F F M R F F F M P F F F F M P F F F F F F F F F F Bx z y Bz x Bz Az z Bx Ax x 解方程得 F 1 ＝10kN, F 2 ＝5kN, F B z ＝1.5kN F A z ＝6kN, F B x ＝－7.8kN ， F A x ＝－5.2kN 4-18 图示六杆支撑一水平板，在板角处受铅直力F 作用。设板和杆自重不计，求各杆的内力。 【知识要点】 空间任意力系得平衡方程。 【解题分析】 空间任意力系得六个平衡方程刚好求解六根杆内力。 【解答】 以板为研究对象，受力如图所示。 题4－18图 (a) A (a) O 第10章 动能定理及其应用 10－1 计算图示各系统的动能： 1．质量为m ，半径为r 的均质圆盘在其自身平面内作平面运动。在图示位置时，若已知圆盘上 A 、 B 两点的速度方向如图示，B 点的速度为v B ，θ = 45o（图 a ）。 2．图示质量为m 1的均质杆OA ，一端铰接在质量为m 2的均质圆盘中心，另一端放在水平面上，圆盘在地面上作纯滚动，圆心速度为v （图b ）。 3．质量为m 的均质细圆环半径为R ，其上固结一个质量也为m 的质点A 。细圆环在水平面上 作纯滚动，图示瞬时角速度为ω（图c ）。 解： 1．2 22222163)2(2121)2(212121B B B C C C mv r v mr v m J mv T =?+=+= ω 2．2 22122222214321)(21212121v m v m r v r m v m v m T +=?++= 3．2 2222222)2(2 12121ωωωωmR R m mR mR T =++= 10－2 图示滑块A 重力为1W ，可在滑道内滑动，与滑块A 用铰链连接的是重力为2W 、长为l 的匀质杆AB 。现已知道滑块沿滑道的速度为1v ，杆AB 的角速度为1ω。当杆与铅垂线的夹角为?时，试求系统的动能。 解：图（a ） B A T T T += )2121(21222211ωC C J v g W v g W ++= 21 221121212211122]cos 22)2 [(22ω?ωω??+?++++=l g W l l v l v l g W v g W ]cos 3 1 )[(2111221222121?ωωv l W l W v W W g +++= 10－3 重力为P F 、半径为r 的齿轮II 与半径为r R 3=的固定内齿轮I 相啮合。齿轮II 通过匀质的曲柄OC 带动而运动。曲柄的重力为Q F ，角速度为ω，齿轮可视为匀质圆盘。试求行星齿轮机构的动能。 解： C OC T T T += 2222)21(212121C C C C OC O r m v m J ωω++= 22P 2P 22Q )2(41)2(21])2(31[21r r r g F r g F r g F ωωω++= 习题10－2图 习题10－3图 B (a) 习题10－1图 (b) (c) 理论力学思考题答案 1-1 （1）若F 1=F 2表示力，则一般只说明两个力大小相等，方向相同。 （2）若F 1=F 2表示力，则一般只说明两个力大小相等，方向是否相同，难以判定。 （3）说明两个力大小、方向、作用效果均相同。 1-2 前者为两个矢量相加，后者为两个代数量相加。 1-3 （1）B 处应为拉力，A 处力的方向不对。 （2）C 、B 处力方向不对，A 处力的指向反了。 （3）A 处力的方向不对，本题不属于三力汇交问题。 （4）A 、B 处力的方向不对。 1-4 不能。因为在B 点加和力F 等值反向的力会形成力偶。 1-5 不能平衡。沿着AB 的方向。 1-7 提示：单独画销钉受力图，力F 作用在销钉上；若销钉属于AC ，则力F 作用在AC 上。受力图略。 2-1 根据电线所受力的三角形可得结论。 2-2不同。 2-3（a ）图和（b ）图中B 处约束力相同，其余不同。 2-4（a ）力偶由螺杆上的摩擦力和法向力的水平分力形成的力偶平衡，螺杆上的摩擦力与法向力的铅直方向的分力与N F 平衡。 （b ）重力P 与O 处的约束力构成力偶与M 平衡。 2-5可能是一个力和平衡。 2-6可能是一个力；不可能是一个力偶；可能是一个力和一个力偶。 2-7一个力偶或平衡。 2-8（1）不可能；（2）可能；（3）可能；（4）可能；（5）不可能；（6）不可能。 2-9主矢：''RC RA F F =，平行于BO ；主矩： '2C RA M aF =，顺时针。 2-10正确：B ；不正确：A ，C ，D 。 2-11提示：OA 部分相当一个二力构件，A 处约束力应沿OA ，从右段可以判别B 处约束力应平行于DE 。 7-1．M 点在直管OA 内以匀速u 向外运动，同时直管又按φ=ωt 规律绕O 转动。开始时M 在O 点，求动点M 在任意瞬时相对于地面与相对于直管的速度和加速 度。 解：动点M 的运动方程是 ?? ?====t ωut φOM y t ωut φOM x sin sin cos cos 运动速度是 2 2 y 2 x y x t ω1u v v v t ωt ωt ωu dt dy v t ωt ωt ωu dt dx v ) ()cos (sin )sin (cos +=+= ∴?????? ? +==-== 运动加速度是 ??? ?? ? ? ??? ??? +=+= ∴-=-+==+-=---==2 2 y 2 x 2 y y 2 x x t ω4ω u a a a t ωt ωt ω2ωu t ωt ωt ωωt ωωu dt dv a t ωt ωt ω2ωu t ωt ωt ωωt ωωu dt dv a ) ()sin cos ()sin cos cos () cos sin () cos sin sin ( 运点相对直杆作匀速直线运动，则相对速度和相对加速度是 0dt dv a u v r r r == = 7-2．机车以匀速v o =20m/s 沿直线轨道行驶。车轮的半径r=1m ，只滚不滑，将轮 缘上的点M 在轨道的起始位置取为坐标原点，并将轨道取为x 轴，求M 点的运动方程和在M 点与轨道接触时的速度和加速度。 O 解：由图示几何关系知 rad t 20r t v φt 20φr t v OA 00== ∴=== 动点M 的运动方程是 ?????? ? -=-+=-=--=t 2012 πφr r y t 20t 202 πφr OA x cos )sin(sin )cos( 速度分量是 ??? ??? ? ==-==t 2020dt dy v t 202020dt dx v y x sin cos 加速度分量是 ??? ??? ? ====t 20400dt dv a t 20400dt dv a y y x x cos sin M 点与轨道接触时 2 y y x y x s m 400a a 400a 0a 0v 0v v 0 t 20 1t 200 y /sin cos ==∴===∴====∴= 7-3．摇杆机构的滑杆AB 在某段时间内以匀速u 向上运动，试分别用直角坐标法与自然坐标法建立摇杆上C 点的运动方程和在?=π/4时该点速度的大小。设初瞬时?=0，摇杆长OC=b 。 x O理论力学习题
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