第9章动量矩定理及其应用
9— 1计算下列情形下系统的动量矩。 1. 圆盘以 3的角速度绕 0轴转动,质量为 m 的小球M 可沿圆盘的径向凹槽运动,图示瞬时 小球以相对于圆盘的速度 v r 运动到0M = s 处(图a );求小球对 0点的动量矩。 2. 图示质量为 m 的偏心轮在水平面上作平面运动。轮心为 A ,质心为 C ,且AC = e ;轮子半 b )o ( 1)当轮子只滚不滑 (2)当轮子又滚又滑时,若 V A 、3已知,求轮
V A 、 R R 径为R ,对轮心A 的转动惯量为 时,若V A 已知,求轮子的动量和对 J A ; C 、A 、B 三点在同一铅垂线上(图 B 点的动量矩; 习题9 — 1图
(2) p 二 mv C =m (v A 亠:
2) 2
L B =mv c (R 亠e )亠J c . =m (V A 亠?:、e )( R 亠 e )亠(J A —me ) . = m ( R 亠e )v A 亠(J A 亠 meR )■. 9 — 2图示系统中,已知鼓轮以
3的角速度绕0轴转动, 其大、小半径分别为 R 、r ,对0轴的转动惯量为 J O ;物块 A 、B 的质量分别为 m A 和m s ;试求系统对 0轴的动量矩。 解: 2 2 L 0 = (J 0 ■ m A R - m s r )■ ■
习题9— 2图
9 — 3图示匀质细杆0A 和EC 的质量分别为50kg 和100kg ,并在点A 焊成一体。若此结构在图示位 置由静止状态释放,计算刚释放时,杆的角加速度及铰链 O 处的约束力。不计铰链摩擦。 解:令 m = m °A = 50 kg ,贝V m Ec = 2m 质心D 位置:(设I = 1 m ) 5 5
d = OD = —l = — m 6 6 刚体作定轴转动,初瞬时 3 =0 1 ■— ■ 2 mg l
2 J
O =mg 2 1 2 2
2m (2l )亠2 ml 3 ml 12
习题20-3图
即 3ml 2
?. -5 mgl 2 5
g 6l
= 8.17 rad/?
t 5 a ° 二—l
6 由质心运动定理: t
3m a D 25
g
36
=3mg -F °y F °y 二 3mg 25 11 -3m ——g = — mg =449 36 12
(f
)
n
? =o
, a D T , F ox =o
2
9-4卷扬机机构如图所示。可绕固定轴转动的轮 转动惯量分别为 速度。 解:对轮C : J i 和J 2。被提升重物 B 、C ,其半径分别为 R 和r ,对自身转轴的 A 的质量为 m ,作用于轮 C 的主动转矩为 M ,求重物 A 的加 J
2^-C = M 对轮B 和重物 2 (J ! mR ) :? = F T R - mgR 运动学关系: -F“ A :
a = r 、f C = R ?工 2 (M - mgr ) rR
2 2 2
亠J 2R 亠mR r
9- 5图示电动绞车提升一质量为 m 的物体,在其主动轴上作用一矩为
动力偶。已知主动轴和从动轴连同安 装在这两轴上的齿轮以及其它附属零 件对各自转动轴的转动惯量分别为 J i 和J 2;传动比 0 : r i = i ;吊索缠绕在 鼓轮上,此轮半径为 R 。设轴承的摩 擦和吊索的质量忽略不计,求重物的 加速度。 解:对轮1 (图a ): J i 、; 1 二 M - Fr 1
对轮2 (图b ):
2 ’ (J 2 亠 mR )、*2 = F r 2 - mgR 习题9-5图
M 的主 F N '
习题9-5解图
r^-1 =r 2 2 ; -■ = L ::2 Mi - mgR
重物的加速度: (Mi -mgR ) R
2 2
J 2 mR Jj A 和 B 上, 求在刚移去支承 2l ,质量为 m ,放在两个支承 B , 9— 6均质细杆长 AC = CB = e 。现在突然移去支承 的距离相等,即 量 A F A o 如图所示。杆的质心 C 到两支承 B 瞬时支承A 上压力的改变 解: J A : 1 2 =mge , (一 ml 3 2
me ) :■ =mge ma C =mg — F A
-A ______ C ______ B _ 4 厶
习题9-6图 a c 2
3ge
F A =e 2 2
l 3e 2
3mge 2 2
l - 3e
1 ) 'I F A m g 习题9-6解图 .'
:
F
mg
A -
2 __ 3mge
_ F A - 2
2
l - 3e
2
3e 「丨
2 厂mg 2
2(l - 3e )
mg
9-7为了求得连杆的转动惯量,用一细圆杆穿过十字头销 A 处的衬套管,并使连杆绕这细杆的水平 轴线摆动,如图a b 所示。摆动100次所用的时间为100s 。另外,如图c 所示,为了求得连杆重心到悬挂 轴的距离AC = d ,将连杆水平放置,在点 A 处用杆悬挂,点B 放置于台秤上,台秤的读数 F = 490N 。已知 连杆质量为80kg ,A 与B 间的距离l=1m ,十字头销的半径r = 40mm 。试求连杆对于通过质心 C 并垂直于 图面的轴的转动惯量 J C 。
习题9-7图
2 a r (常量) 解:图(a ),日钦时, J A V - -mg (d ■ r )-i J A J -mg (d 1)^=0 ■■ mg (d 十) 亍 - --------------- J -0 mg (d 亠r) 2 n T 2 n --------------------- -: mg (d 亠r) (1) 2 J A 二J c 亠m (d 亠r) (2) 由图 (b ): X M A =0, Fl 5 d 0.625 mg 8 代入(1)、( 2),注意到周期T mg (d r) 2 g -m(d 亠r) =m(d 亠r)[ - 一 (d n r)] 9.8 二80 0.665 (飞 -0.665 ) n -17 .45 kg 9-8图示圆柱体A 的质量为m,在其中部绕以细绳, 其初速为零。求当圆柱体的轴降落了高度 h 时圆柱体中心 力F T 。 解:法1:图(a ) ma A 二mg -F T J A 区二 F T r 绳的一端 A 的速度 B 固定。圆柱体沿绳子解开的而降落, u 和绳子的拉 a A =r a (1) (2) (3) 1 二—mr 2 解得 二一 mg (拉 ) fl ^4* - 1 ■ —* fc 1 — J- L 习题9-8图 (4) 大 量矩定理: J C 二m g r 3 2 二一mr 2 又 、匕 r 2 「 a A g (冋式(4)) 3 再由 ma A =mg _ F T A 得 F T mg (拉) 9- 9鼓轮如图,其外、内半径分别为 =R ?,鼓轮在拉力 F 的作用下沿倾角为 试求质心0的加速度。 解:鼓轮作平面运动,轴 0沿斜面作直线运动: 9- 10图示重物A 的质量为m ,当其下降时,借无重且不可伸长的绳使滚子 C 沿水平轨道滚动而不 滑动。绳子跨过不计质量的定滑轮 D 并绕在滑轮B 上。滑轮B 与滚子C 固结为一体。已知滑轮 B 的半径 为R ,滚子C 的半径为r ,二者总质量为 m ',其对与图面垂直的轴 O 的回转半径为 亍。求:重物A 的加 速度。 由运动学 ____ 2 ________ V A 二2a A h 3 gh (J) V A =..2aAh =3、3gh (J) 法2:由于动瞬心与轮的质心距离保持不变, 故可对瞬心C 用动 (5) R 和r ,质量为 m ,对质心轴 O 的回转半径为 p,且 B 的斜面往上纯滚动, F 力与斜面平行,不计滚动摩阻。 F ma 。 =F - F f - mg s i nv (1) =2 m Fr F f R (2) 纯滚 a O = Rj. (3) 代入 ( 2) J m ;■ a 。 * = Fr F f R (4) R 解( 1) 、(4) 联立, 消去F f , 得 FR (R r) mg R 2 s i n J Or ■ J A (a) 习题9-9图 F 习题9- 10图 2 (R -r) 9- 11 图示匀质圆柱体质量为 m, 常数,滚动阻碍系数为 :.,求圆柱中心 解:J D : ?二 M _M f M f =F N F N =mg a Ct — r 代入(1),得 a 2(M $g) 一 3 mr 又:ma -F F 2( M _ mg ) - 3r 半径为r ,在力偶作用下沿水平面作纯滚动。 O 的加速度及其与地面的静滑动摩擦力。 (1) 9-12跨过定滑轮 D 的细绳,一端缠绕在均质圆柱体 A 上,另一端系在光滑水平面上的物体 B 上,如图所示。已知圆柱 A 的半径为r ,质量为 m i ;物块B 的质量为 。试求物块 B 和圆柱质 心C 的加速度以及绳索的拉力。滑轮 解:对轮C : JC :- D 和细绳的质量以及轴承摩擦忽略不计。 对物块B : m 2 a B = F T 且:a c 解得:a m^c 二 m 1 - 3m 2 =a B ; J c m 〔m 2 g m 1 -3m 2 解:法1:对轮: J o =TR -Fr m 8Q - F _T 对A : (1) (2) ma A 二 mg _T (3) 又:a A = a H 绳 以0为基点: t n a H a H t t t =a H n t 二 a O ■;£ HO ■ a HO a H =a HO - a O 二 二(R -「) 工 a A =(R 」).± (J) 由上四式联立,得(注意到 J o 、2 mg (R _r) 2 2 m (:. 2 十)“ (4) 1 2 m (R _r)2 法2:对瞬心E 用动量矩定理(本题质心瞬心之距离为常数) J E =T (R _r ) ma A -mg __T 又 a A = (R 」):? J E =J o +m r 2 =m ( 0 +r 2) n a HO 可解得:a A t a HO (b) 若力偶的力偶矩M 为 g O 9-13图示匀质圆轮的质量为m,半径为r,静止地放置在水平胶带上。若在胶带上作用拉力F,并使胶带与轮子间产生相对滑动。设轮子和胶带间的动滑动摩擦因数为f。试求轮子中心0经过距离s所需的时间和此时轮子的角速度。 解:图(a),轮0平面运动: ma O -F i(1) 0 -F N _mg(2) J O二F 订(3) 由(2), F N =mg 动滑动时, F1 二fF N二fmg(4) (4)代入(1),得 a O 二fg (5) (4)代入(3),得(J。=mr 2) 2 2 fg (6) Ct — r 由(5)代入下式: 1 2 a o t 2 得t = 2s 片fg 2 ?,二:"t 2 fgs(逆) r 习题9- 13图 (a) 1 9- 14图示匀质细杆AB质量为去不计,试求杆的初始角加速度。m , 长为I,在图示位置由静止开始运动。若水平和铅垂面的摩擦均略 解:法1 : P为AB杆瞬心, PC冷,图(a): 1 sin -i 2 ■' 1 J p =— ml 3 3g . in 二 2l 法2: AB杆平面运动 (1) mx c 二F B my c 二F A-mg (3) J c「=F A—si nr -F 2 - B丄cos -i 2 (4) x c 1 二一 sin 2 y c x c 1 —cos 2 --, X c 1 . . I cos cos -I r 2 2 (5) y c cos 2丄sin 日令=——sin ea 2 2 2 (6) 9 =ot 将(5)、(6)、(7)代入(2)、(3)、(4)得(7) —m cos 二■- - F B 2 (8) (b) *9 — 16图示水枪中水平管长为 21,横截面面积为 A ,可绕铅直轴z 转动。水从铅直管流入,以相对 速度u r 从水平管喷岀。设水的密度为 尸,试求水枪 的角速度为?.时,流体作用在水枪上的转矩 M z 。 解:水平管上各点科氏加速度相同 a C =2 3 ':v r a C zz2 3 V r 科氏惯性力均布,其合力(如图): F IC lA a c =2 ?VrJA M z =2 FC 丿 2「|2 A ? 2 *9 — 17图示匀质细长杆 AB ,质量为m ,长度为I ,在铅垂位置由静止释放,借 A 端的水滑轮沿倾斜 角为二的轨道滑下。不计摩擦和小滑轮的质量,试求刚释放时点 A 的加速度。 1 __m sin r - F A _mg 2 _ _ 1 2 l l ml F A sin ?? F B COS = 12 2 2 3g sin ‘ 解得: ,与(1 )式相同。 21 (9) (10) 9— 15圆轮A 的半径为 R ,与其固连的轮轴半径为 r ,两者的重力共为 W ,对质心 C 的回转 半径为 二缠绕在轮轴上的软绳水平地固定于点 D 。均质平板 BE 的重力为 Q ,可在光滑水平面上 滑动,板与圆轮间无相对滑动。若在平板上作用一水平力 习题9 — 15图 F ,试求平板 BE 的加速度。 解:对轮 = W - g 对板BE : 求得:a BE W — a c g Q —a BE g 二 F T —F f ;a c 二 r 二 F —F f ; a BE =(R -r):■ 2 F (R -r) g 2 — 2 亠2 2 Q(R —■「) ? W ( T 亠 r ) (a) ma ex -mg sin -i 解:图(a),初瞬时^AB =0,以A为基点,则 a c =a cx a cy =a A a CA 即a Cx =a A -aj cos V -a A cos 寸 2 (1 ) Cy = a:A sin sin -i 2 (2) 习题9 —17图 由平面运动微分方程: a Cx 二用门 ma Cy 二mg COS 二 _F N (3) (4) J c =F N 1 sin 2 " 1 ._sin 2 (5) 解(2)、 (4) 、 (5) 联立,得 3g sin 2二 E — I (I +3sin 2 (6) 由(1)、 (3), a A (6、代入,得 a A 1 ——cos 门 2 - 4 sin 二 2亠 I ■ 3 sin 71 *9 - 18匀质细长杆AB ,质量为 示位置将杆突然释放,试求刚释放时,质心 解:初 始静止,杆开始运动瞬时, a D 此时沿 m , 切向,即沿AB 方向, (a ),以D 为基点: 所以 长为l , CD = d ,与铅垂墙间的夹角为 二,D 棱是光滑的。在图 C 的加速度和D 处的约束力。 V D 必沿支承处 AB 方向,如图 由a CX + a Cy =a D n t a CD a CD a Cx 二 t a c D 二 d (1) 由 AB 作平 面 运动 : ma C x 二 mg sin . -F N (2) ma Cy 二 mg cos y_ (3) 1 12 ml 2 ?1 =F N d (4) 由 (3) , a Cy 二 gsc a (1)、(2)、(4、联立 a Cx F N 2 12 gd sin 2 2~ l 12 d mgl 2 sin 二. ~~2 ~ l 12 d 9-19如图所示,足球重力的大小为 形成头球。球员以头击球后,球的速度大小为 来, 时间为0.15s 。试求足球作用在运动员头上的平均力的大小与方向。 解:击球前后球的动量改变为 .5 =m(v _v 」 4.45N,以大小£ =6.1m/s ,方向与水平线夹 V 1 =9.14m/s ,并与水平线夹角为 400 角的速度向球员飞 20 0 角。若球—头碰撞 4.45 . o o o o .p = ----------- [9.14 cos 20 - ( -6.1cos 40 ), -9.14 sin 20 -(-6.1sin 40 )] g =0.454 (13.26,0.795) = (6.02,0.361) N-s 设.P 与水平夹角:- i-p y 0.361 tan 二 ------ 二 0.06 .■p 6.02 x O :-=3.431 △p =£i p : +^p ; =6.03 N -s 卸 6.03 F 40 .2 N t 0.15 人头受力F 与邙反向,即向左下方。 .中 (a) 习题9- 19图 ma ex -mg sin -i 9— 20边长为a 的方形木箱在无摩擦的地板上滑动,并与一小障碍 A 相碰撞。碰撞后绕 A 翻转。试求 木箱能完成上述运动的最小初速 ;木箱碰撞后其质心的瞬时速度 V C 与瞬时角速度?,。 习题9 — 20图 77r77777^ (b) 解:碰前方箱以初速度 V 0平移,碰后箱绕 量,重力等其它有限力的冲量可忽略不计,因此碰撞前后箱对 设箱的质量为m (a) A 点转动直到翻倒, A 点的动量矩守恒。 碰撞中箱只在 A 点受冲 2 1 J A - md 亠 J C = — ma 6 对A 动量矩守恒: mv o \2 2 -,-m ( a) 2 2 2 ma 3 2 2 -—ma 3 3v ° O =—— 4 a 若箱刚能完成翻转, 最高点机械能守恒,即 则转到最高点时 (1) .=0,从碰后到 (c) a mg — 2 1 2 2 2 ------- m a 2 3 9v o ——2 =mg 16 a =mg 1 由( 1)得,一 ma 2 3 2 3v 0 0.207 ag 16 v ° =1.05 .、ag 由此,‘晋"78\:, a ---- 0.557 ag (方向如图示) '、2 ' *9 — 21台球棍打击台球,使台球不借助摩擦而能作纯滚动。 假设棍对球只施加水平力, 试求满足上述 运动的球棍位置高度 h 。 解:设杆给球的冲量为 I ,受击后球心速度 为 V ,球的角速度为? ■,球质量为 动量定理:丨=m v m 。 2 对质心动量矩定理:I(h-r) mr 5 (2) 纯滚动:v (1)、( 3)代入(2),消 I 、v 得 (3) (1) (b) 2 h r 二 _ r _5 *9- 22匀质杆长为I ,质量为m ,在铅垂面内保持水平下降并与固定支点 v ° ,恢复因数为e 。试求碰撞后杆的质心速度 v C 与杆的角速度 解:碰后 E 点 不动,v ”『=ev c 杆只有D 点受冲量,故相对 D 点动量矩守恒 2 I m 2 ml mv c ( I ? )■ ■ 4 12 16 由此可解出:?,二竺 7 I 设碰后C 点速度V c 出向上,由图(a)可知 I 3 V c =v D (e )V c 4 7 3 3 由此式知,当 e ,7时,V C 确实向上,若e 时,V C 应向下。 度为 E 碰撞。碰撞前杆的质心速 习题9-22图 2 (a) 绪论单元测试 1 【多选题】(2分) 下面哪些运动属于机械运动? A. 发热 B. 转动 C. 平衡 D. 变形 2 【多选题】(2分) 理论力学的内容包括:。 A. 动力学 B. 基本变形 C. 运动学 D. 静力学 3 【单选题】(2分) 理论力学的研究对象是:。 A. 数学模型 B. 力学知识 C. 力学定理 D. 力学模型 4 【多选题】(2分) 矢量力学方法(牛顿-欧拉力学)的特点是:。 A. 以变分原理为基础 B. 以牛顿定律为基础 C. 通过力的功(虚功)表达力的作用 D. 通过力的大小、方向和力矩表达力的作用 5 【多选题】(2分) 学习理论力学应注意做到:。 A. 准确地理解基本概念 B. 理论联系实际 C. 熟悉基本定理与公式,并能在正确条件下灵活应用 D. 学会一些处理力学问题的基本方法 第一章测试 1 【单选题】(2分) 如图所示,带有不平行的两个导槽的矩形平板上作用一力偶M,今在槽内插入两个固连于地面的销钉,若不计摩擦,则。 A. 板不可能保持平衡状态 B. 板必保持平衡状态 C. 条件不够,无法判断板平衡与否 D. 在矩M较小时,板可保持平衡 2 【单选题】(2分) A. 合力 B. 力螺旋 C. 合力偶 3 【单选题】(2分) 关于力系与其平衡方程式,下列的表述中正确的是: A. 在求解空间力系的平衡问题时,最多只能列出三个力矩平衡方程式。 B. 在平面力系的平衡方程式的基本形式中,两个投影轴必须相互垂直。 C. 平面一般力系的平衡方程式可以是三个力矩方程,也可以是三个投影方程。 D. 任何空间力系都具有六个独立的平衡方程式。 E. 平面力系如果平衡,则该力系在任意选取的投影轴上投影的代数和必为零。 4 【单选题】(2分) C (a-2) D R (a-3) (b-1) D R 第1篇 工程静力学基础 第1章 受力分析概述 1-1 图a 、b 所示,Ox 1y 1与Ox 2y 2分别为正交与斜交坐标系。试将同一力F 分别对两坐标系进行分解和投影,并比较分力与力的投影。 习题1-1图 解:(a )图(c ):11 s i n c o s j i F ααF F += 分力:11 cos i F αF x = , 11 s i n j F αF y = 投影:αcos 1F F x = , αs i n 1F F y = 讨论:?= 90°时,投影与分力的模相等;分力是矢量,投影是代数量。 (b )图(d ): 分力:22)cot sin cos (i F ?ααF F x -= ,22sin sin j F ? α F y = 投影:αcos 2F F x = , )cos(2α?-=F F y 讨论:?≠90°时,投影与分量的模不等。 1-2 试画出图a 和b 习题1-2图 比较:图(a-1)与图(b-1)不同,因两者之F R D 值大小也不同。 (c ) 2 2 x (d ) 1-3 试画出图示各物体的受力图。 习题1-3图 B 或(a-2) B (a-1) (b-1) F (c-1) 或(b-2) (e-1) F (a) 1- 4 图a 所示为三角架结构。荷载F 1作用在铰B 上。杆AB 不计自重,杆BC 自重为W 。试画出b 、c 、d 所示的隔离体的受力图,并加以讨论。 习题1-4 图 1- 5 图示刚性构件ABC 由销钉A 和拉杆D 支撑,在构件C 点作用有一水平力F 。试问如果将力F 沿其作用线移至D 或E (如图示),是否会改为销钉A 的受力状况。 解:由受力图1-5a ,1- 5b 和1-5c 分析可知,F 从C 移至E ,A 端受力不变,这是因为力F 在自身刚体ABC 上滑移;而F 从C 移至D ,则A 端受力改变,因为HG 与ABC 为不同的刚体。 1 (f-1) 'A (f-2) 1 O (f-3) F F'F 1 (d-2) F y B 21 (c-1) F A B 1 B F Dx y (b-2) 1 (b-3) F y B 2 A A B 1 B F 习题1-5图 第一章静力学基础 一、是非题 1.力有两种作用效果,即力可以使物体的运动状态发生变化,也可以使物体发生变形。 () 2.在理论力学中只研究力的外效应。() 3.两端用光滑铰链连接的构件是二力构件。()4.作用在一个刚体上的任意两个力成平衡的必要与充分条件是:两个力的作用线相同,大小相等,方向相反。()5.作用于刚体的力可沿其作用线移动而不改变其对刚体的运动效应。() 6.三力平衡定理指出:三力汇交于一点,则这三个力必然互相平衡。() 7.平面汇交力系平衡时,力多边形各力应首尾相接,但在作图时力的顺序可以不同。 ()8.约束力的方向总是与约束所能阻止的被约束物体的运动方向一致的。() 二、选择题 1.若作用在A点的两个大小不等的力 1和2,沿同一直线但方向相反。则 其合力可以表示为。 ①1-2; ②2-1; ③1+2; 2.作用在一个刚体上的两个力A、B,满足A=-B的条件,则该二力可能是 。 ①作用力和反作用力或一对平衡的力;②一对平衡的力或一个力偶。 ③一对平衡的力或一个力和一个力偶;④作用力和反作用力或一个力偶。 3.三力平衡定理是。 ①共面不平行的三个力互相平衡必汇交于一点; ②共面三力若平衡,必汇交于一点; ③三力汇交于一点,则这三个力必互相平衡。 4.已知F 1、F 2、F 3、F4为作用于刚体上的平面共点力系,其力矢 关系如图所示为平行四边形,由此。 ①力系可合成为一个力偶; ②力系可合成为一个力; ③力系简化为一个力和一个力偶; ④力系的合力为零,力系平衡。 5.在下述原理、法则、定理中,只适用于刚体的有。 ①二力平衡原理;②力的平行四边形法则; ③加减平衡力系原理;④力的可传性原理; ⑤作用与反作用定理。 三、填空题 第6章 刚体的平面运动分析 6-1 图示半径为r 的齿轮由曲柄OA 带动,沿半径为R 的固定齿轮滚动。曲柄OA 以等角加速度α绕轴O 转动,当运动开始时,角速度0ω= 0,转角0?= 0。试求动齿轮以圆心A 为基点的平面运动方程。 解:?c o s )(r R x A += (1) ?sin )(r R y A += (2) α为常数,当t = 0时,0ω=0?= 0 22 1t α?= (3) 起始位置,P 与P 0重合,即起始位置AP 水平,记θ=∠OAP ,则AP 从起始水平位置至图示AP 位置转过 θ??+=A 因动齿轮纯滚,故有? ? =CP CP 0,即 θ?r R = ?θr R = , ??r r R A += (4) 将(3)代入(1)、(2)、(4)得动齿轮以A 为基点的平面运动方程为: ??? ? ?? ??? +=+=+=22 2212sin )(2cos )(t r r R t r R y t r R x A A A α?αα 6-2 杆AB 斜靠于高为h 的台阶角C 处,一端A 以匀速v 0沿水平向右运动,如图所示。试以杆与铅垂线的夹角θ 表示杆的角速度。 解:杆AB 作平面运动,点C 的速度v C 沿杆AB 如图所示。作速度v C 和v 0的垂线交于点P ,点P 即为杆AB 的速度瞬心。则角速度杆AB 为 h v AC v AP v AB θθω2 000cos cos === 6-3 图示拖车的车轮A 与垫滚B 的半径均为r 。试问当拖车以速度v 前进时,轮A 与垫滚B 的角速度A ω与B ω有什么关系?设轮A 和垫滚B 与地面之间以及垫滚B 与拖车之间无滑动。 解:R v R v A A == ω R v R v B B 22==ω B A ωω2= 6-4 直径为360mm 的滚子在水平面上作纯滚动,杆BC 一端与滚子铰接,另一端与滑块C 铰接。设杆BC 在水平位置时,滚子的角速度ω=12 rad/s ,θ=30?,?=60?,BC =270mm 。试求该瞬时杆BC 的角速度和点C 的速度。 习题6-1图 习题6-2图 习题6-2解图 习题6-3解图 习题6-3图 v A = v v B = v ωA ωB 第五章 习题5-2.重为G的物体放在倾角为α的斜面上,摩擦系数为f;问要拉动物体所需拉力T的最小值是多少,这时的角θ多大? 解:(1) 研究重物,受力分析(支承面约束用全反力R表示),画受力图: (2) 由力三角形得 (3) 当T与R垂直时,T取得最小值,此时有: 习题5-6.欲转动一放在V形槽中的钢棒料,需作用一矩M=15N.m的力偶,已知棒料重400N,直径为25cm;求棒料与槽间的摩擦系数f。 解:(1) 研究钢棒料,受力分析(支承面约束用全反力R表示),画受力图: (2) 由力三角形得: (3) 列平衡方程: 由(2)、(3)得: (4) 求摩擦系数: 习题5-7.尖劈顶重装置如图所示,尖劈A的顶角为α,在B块上受重物Q的作用,A、B块间的摩擦系数为f(其他有滚珠处表示光滑);求:(1) 顶起重物所需力P之值;(2)取支力P后能保证自锁的顶角α之 值。 解:(1) 研究整体,受力分析,画受力图: 列平衡方程 (2) 研究尖劈A,受力分析,画受力图 由力三角形得 (3) 撤去P力后要保持自锁,则全反力与N A成一对平衡力 由图知 习题5-8.图示为轧机的两个轧辊,其直径为d=500mm,辊面间开度为a=5mm,两轧辊的转向相反,已知烧红的钢板与轧辊间的摩擦系数为f=0.1;试 问能轧制的钢板厚度b是多少? 解:(1) 研究钢块,处于临界平衡时,画受力图: (2) 由图示几何关系: 习题5-10.攀登电线杆用的脚套钩如图所示,设电线杆的直径d=30cm,A、B间的垂直距离b=10cm,若套钩与电线杆间的摩擦系数 f=0.5;试问踏 脚处至电线杆间的距离l为多少才能保证安全操作? 解:(1) 研究脚套钩,受力分析(A、B处用全反力表示),画受力图: (2) 由图示几何关系: 习题5-12.梯子重G、长为l,上端靠在光滑的墙上,底端与水平面间的摩擦系数为f;求:(1)已知梯子倾角α,为使梯子保持静止,问重为P 的人的活动范围多大?(2)倾角α多大时,不论人在什么位置梯 子都保持静止。 解:(1) 研究AB杆,受力分析(A处约束用全反力表示),画受力图: 6章 刚体的平面运动分析 6-1 图示半径为r 的齿轮由曲柄OA 带动,沿半径为R 的固定齿轮滚动。曲柄OA 以等角加速度α绕轴O 转动,当运动开始时,角速度0ω= 0,转角0?= 0。试求动齿轮以圆心A 为基点的平面运动方程。 解:?cos )(r R x A += (1) ?sin )(r R y A += (2) α为常数,当t = 0时,0ω=0?= 0 22 1t α?= (3) 起始位置,P 与P 0重合,即起始位置AP 水平,记θ=∠OAP ,则AP 从起始水平位置至图示AP 位置转过 θ??+=A 因动齿轮纯滚,故有? ? =CP CP 0,即 θ?r R = ?θr R = , ??r r R A += (4) 将(3)代入(1)、(2)、(4)得动齿轮以A 为基点的平面运动方程为: ??? ? ?? ??? +=+=+=22 2212sin )(2cos )(t r r R t r R y t r R x A A A α?αα 6-2 杆AB 斜靠于高为h 的台阶角C 处,一端A 以匀速v 0沿水平向右运动,如图所示。试以杆与铅垂线的夹角θ 表示杆的角速度。 解:杆AB 作平面运动,点C 的速度v C 沿杆AB 如图所示。作速度v C 和v 0的垂线交于点P ,点P 即为杆AB 的速度瞬心。则角速度杆AB 为 h v AC v AP v AB θθω2 000cos cos === 6-3 图示拖车的车轮A 与垫滚B 的半径均为r 。试问当拖车以速度v 前进时,轮A 与垫滚B 的角速度A ω与B ω有什么关系?设轮A 和垫滚B 与地面之间以及垫滚B 与拖车之间无滑动。 解:R v R v A A == ω R v R v B B 22==ω B A ωω2= 6-4 直径为360mm 的滚子在水平面上作纯滚动,杆BC 一端与滚子铰接,另一端与滑块C 铰接。设杆BC 在水平位置时,滚子的角速度ω=12 rad/s ,θ=30?,?=60?,BC =270mm 。试求该瞬时杆BC 的角速度和点C 的速度。 习题6-1图 A B C v 0 h θ 习题6-2图 P ωAB v C A B C v o h θ 习题6-2解图 习题6-3解图 习题6-3图 v A = v v B = v ωA ωB y x 第十一章 动量矩定理 习题解 [习题11-1] 刚体作平面运动。已知运动方程为:23t x C =,24t y C =,3 2 1t = ?,其中长度以m 计,角度以rad 计,时间以s 计。设刚体质量为kg 10,对于通过质心C 且垂直于图平面的惯性半径m 5.0=ρ,求s t 2=时刚体对坐标原点的动量矩。 解: )(1223|2 2m x t C =?== )(1624|22m y t C =?== t t dt d dt dx v C Cx 6)3(2=== )/(1226|2s m v t Cx =?== t t dt d dt dy v C Cy 8)4(2=== )/(1628|2s m v t Cy =?== 2323)21(t t dt d dt d === ?ω )/(622 3 |22s rad t =?==ω → →→+=k v m M J L C Z Cz O )]([ω → → -+=k y mv x mv m L C Cx C Cy O ][2 ωρ → =→ ?-?+??=k L t O ]1612121665.0[10|2 2 → =→ =k L t O 15|2 )/(2 s m kg ?,→ k 是z 轴正向的单位向量。 [习题11-2] 半径为R ,重为W 的均质圆盘固结在长l ,重为P 的均质水平直杆AB 的B 端,绕铅垂轴Oz 以角速度ω旋转,求系统对转轴的动量矩。 解: g Pl l g P J AB z 3312 2,= ??= 平动 )(a O 转动 绕定轴C )( b 转动 绕定轴1 )(O c 1 O 在圆弧上作纯滚动 )(d g l R W l g W g J l z 4) 4(R W 412222,+= ?+??=圆盘 ωω?+?=圆盘,,z AB z z J J L ω4) 4(3[222g l R W g Pl L z ++= ω)4443( 2 2 2 g WR g Wl g Pl L z ++= ω4333(2 22g WR g Wl g Pl L z ++= ω)433( 2 2R g W l g W P L z ++= [习题11-3] 已知均质圆盘质量为m ,半径为R ,当它作图示四种运动时,对固定点1O 的动量矩分别为多大?图中l C O =1。 解:)(a 因为圆盘作平动,所以 ωω211ml J L z O O == 解:)(b → → → →?+=p r L L C C O 1 其中,质心C 的动量为0 ωω22 1 1mR J L Cz O = = 解:)(c ωω)2 1 (2211ml mR J L z O O +== 解:)(d 因为圆盘作平面运动,所以: )(11→ +=C Z O Cz O v m M J L ω F DB CB DB F ' 习题3-3图 第3章 静力学平衡问题 3-1 图示两种正方形结构所受荷载F 均已知。试求其中1,2,3各杆受力。 解:图(a ):045cos 23=-?F F F F 2 2 3= (拉) F 1 = F 3(拉) 045cos 232=?-F F F 2 = F (受压) 图(b ):033='=F F F 1 = 0 F 2 = F (受拉) 3-2 图示为一绳索拔桩装置。绳索的E 、C 两点拴在架子上,点B 与拴在桩A 上的绳索AB 连接,在点D 加一铅垂向下的力F ,AB 可视为铅垂,DB 可视为水平。已知α= 0.1rad.,力F = 800N 。试求绳AB 中产生的拔桩力(当α很小时,tan α≈α)。 解:0=∑y F ,F F ED =αsin αs i n F F ED = 0=∑x F ,DB ED F F =αcos F F F DB 10tan == α 由图(a )计算结果,可推出图(b )中:F AB = 10F DB = 100F = 80 kN 。 3-3 起重机由固定塔AC 与活动桁架BC 组成,绞车D 和E 分别控制桁架BC 和重物W 的运动。桁架BC 用铰链连接于点C ,并由钢索AB 维持其平衡。重物W = 40kN 悬挂在链索上,链索绕过点B 的滑轮,并沿直线BC 引向绞盘。长度AC = BC ,不计桁架重量和滑轮摩擦。试用角?=∠ACB 的函数来表示钢索AB 的张力F AB 以及桁架上沿直线BC 的压力F BC 。 (b-1) 习题3-1图 (a-1) (a-2) '3 (b-2) 习题3-2图 F 动量矩定理 12-1 质量为m 的点在平面Oxy 内运动,其运动方程为: t b y t a x ωω2sin cos == 式中a 、b 和ω为常量。求质点对原点O 的动量矩。 解:由运动方程对时间的一阶导数得原点的速度 t b t y v t a t x v y x ωωωω2cos 2d d sin d d ==-== 质点对点O 的动量矩为 t a t b m t b t a m x mv y mv m M m M L y x O O ωωωωωωcos 2cos 22sin )sin ()()(0??+?-?-=?+?-=+=y x v v t mab ωω3 cos 2= 12-3 如图所示,质量为m 的偏心轮在水平面上作平面运动。轮子轴心为A ,质心为C ,AC = e ;轮子半径为R ,对轴心A 的转动惯量为J A ;C 、A 、B 三点在同一铅直线上。(1)当轮子只滚不滑时,若v A 已知,求轮子的动量和对地面上B 点的动量矩。(2)当轮子又滚又滑时,若v A 、ω已知,求轮子的动量和对地面上B 点的动量矩。 解:(1)当轮子只滚不滑时B 点为速度瞬心。 轮子角速度 R v A = ω 质心C 的速度 )(e R R v C B v A C +==ω 轮子的动量 A C mv R e R mv p += =(方向水平向右) 对B 点动量矩 ω?=B B J L 由于 222)( )( e R m me J e R m J J A C B ++-=++= 故 [] R v e R m me J L A A B 22)( ++-= (2)当轮子又滚又滑时由基点法求得C 点速度。 e v v v v A CA A C ω+=+= 轮子动量 )(e v m mv p A C ω+== (方向向右) 对B 点动量矩 ) ( )()()( )( 2e mR J e R mv me J e R e v m J BC mv L A A A A C C B +++=-+++=+=ωω ωω 12-13 如图所示,有一轮子,轴的直径为50 mm ,无初速地沿倾角?=20θ的轨道滚下,设只滚不滑,5秒内轮心滚动的距离为s = 3 m 。试求轮子 O ω R r A B θ 习题9-2图 习题20-3图 Ox F Oy F g m D d α 习题20-3解图 第9章 动量矩定理及其应用 9-1 计算下列情形下系统的动量矩。 1. 圆盘以ω的角速度绕O 轴转动,质量为m 的小球M 可沿圆盘的径向凹槽运动,图示瞬时小球以相对于圆盘的速度v r 运动到OM = s 处(图a );求小球对O 点的动量矩。 2. 图示质量为m 的偏心轮在水平面上作平面运动。轮心为A ,质心为C ,且AC = e ;轮子半径为R ,对轮心A 的转动惯量为J A ;C 、A 、B 三点在同一铅垂线上(图b )。(1)当轮子只滚不滑时,若v A 已知,求轮子的动量和对B 点的动量矩;(2)当轮子又滚又滑时,若v A 、ω已知,求轮子的动量和对B 点的动量矩。 解:1、2 s m L O ω=(逆) 2、(1) )1()(R e mv e v m mv p A A C +=+==ω(逆) R v me J R e R mv J e R mv L A A A C C B )()()(22 -++=++=ω (2))(e v m mv p A C ω+== ωωωω)()()())(()(2meR J v e R m me J e R e v m J e R mv L A A A A C C B +++=-+++=++= 9-2 图示系统中,已知鼓轮以ω的角速度绕O 轴转动,其大、小半径分别为R 、r ,对O 轴的转动惯量为J O ;物块A 、B 的质量分别为m A 和m B ;试求系统对O 轴的动量矩。 解: ω)(22r m R m J L B A O O ++= 9-3 图示匀质细杆OA 和EC 的质量分别为50kg 和100kg ,并在点A 焊成一体。若此结构在图示位置由静止状态释放,计算刚释放时,杆的角加速度及铰链O 处的约束力。不计铰链摩擦。 解:令m = m OA = 50 kg ,则m EC = 2m 质心D 位置:(设l = 1 m) m 6 565== =l OD d 刚体作定轴转动,初瞬时ω=0 l mg l mg J O ?+?=22 α 222232)2(212 1 31 ml ml l m ml J O =+??+ = 即mgl ml 2 532=α 2rad/s 17.865==g l α g l a D 36 256 5t =?=α 由质心运动定理: Oy D F mg a m -=?33t 4491211 362533==-=mg g m mg F Oy N (↑) 0=ω,0n =D a , 0=Ox F (a) O M v ω ω A B C R v A (b) 习题9-1图 习题7-2图 习题7-1图 s F 第3篇 工程动力学基础 第7章 质点动力学 7-1 图示滑水运动员刚接触跳台斜面时,具有平行于斜面方向的速度40.2km/h ,忽略 摩擦,并假设他一经接触跳台后,牵引绳就不再对运动员有作用力。试求滑水运动员从飞离斜面到再落水时的水平长度。 解:接触跳台时 17 113600 102403 0..v =?= m/s 设运动员在斜面上无机械能损失 768 8442892171122 02 0....gh v v =??-= -= m/s 141 8.cos v v x ==θm/s, 256 3.s i n v v y ==θm/s 541 022 1.g v h y == m 33201.g v t y == s 2 2 0121)(gt h h = + 780.08 .9) 44.2541.0(2) (2012=+= += g h h t s 112.121=+=t t t s 05 911211418...t v x x =?==m 7-2 图示消防人员为了扑灭高21m 仓库屋顶平台上的火灾,把水龙头置于离仓库墙基15m 、距地面高1m 处,如图所示。水柱的初速度250=υm/s ,若欲使水柱正好能越过屋顶边缘到达屋顶平台,且不计空气阻力,试问水龙头的仰角α应为多少?水柱射到屋顶平台上的水平距离s 为多少? 解:(1) α cos v t 0115= (1) 20 2 1sin 2 110=- ?gt t v α (2) (1)代入(2),得 0 1.44cos sin 375cos 5002=+-ααα α αα2 2 c o s 1c o s 3751.44cos 500-=+ 0 81.1944cos 96525cos 3906252 4 =+-αα 22497.0cos 2 =α, ?=685.61α (2) g v t αsin 02= (到最高点所经过时间) 26 .232)15cos (20=?-?=t v S αm 7-3 图示三角形物块置于光滑水平面上,并以水平等加速度a 向右运动。另一物块置于其斜面上,斜面的倾角为θ。设物块与斜面间的静摩擦因数为s f ,且tan θ>s f ,开始时物块在斜面上静止,如果保持物块在斜面上不滑动,加速度a 的最大值和最小值应为多少? 习题7-1解图 θ v 0 v y O 《理论力学》课后答案 习题4-1.求图示平面力系的合成结果,长度单位为m。 解:(1) 取O点为简化中心,求平面力系的主矢: 求平面力系对O点的主矩: (2) 合成结果:平面力系的主矢为零,主矩不为零,力系的合成结果是一个合力偶,大小是260Nm,转向是逆时针。 习题4-3.求下列各图中平行分布力的合力和对于A点之矩。 解:(1) 平行力系对A点的矩是: 取B点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对B点的主矩是: 向B点简化的结果是一个力R B和一个力偶M B,且: 如图所示; 将R B向下平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R B。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的矩形面积,作用点通过矩形的形心。 (2) 取A点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对A点的主矩是: 向A点简化的结果是一个力R A和一个力偶M A,且: 如图所示; 将R A向右平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R A。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的三角形面积,作用点通过三角形的形心。 习题4-4.求下列各梁和刚架的支座反力,长度单位为m。 解:(1) 研究AB杆,受力分析,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 (2) 研究AB杆,受力分析,将线性分布的载荷简化成一个集中力,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 (3) 研究ABC,受力分析,将均布的载荷简化成一个集中力,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 习题4-5.重物悬挂如图,已知G=1.8kN,其他重量不计;求铰链A的约束反力和杆BC所受的力。 (b) 第2篇 工程运动学基础 第4章 运动分析基础 4-1 小环A 套在光滑的钢丝圈上运动,钢丝圈半径为R (如图所示)。已知小环的初速度为v 0,并且在运动过程中小环的速度和加速度成定角θ,且 0 < θ <2 π,试确定小环 A 的运动规律。 解:R v a a 2 n sin ==θ,θ sin 2R v a = θ θtan cos d d 2t R v a t v a = ==,??=t v v t R v v 02d tan 1d 0θ t v R R v t s v 00tan tan d d -==θθ ??-=t s t t v R R v s 0000d tan tan d θθ t v R R R s 0tan tan ln tan -=θθθ 4-2 已知运动方程如下,试画出轨迹曲线、不同瞬时点的 1.?? ???-=-=225.1324t t y t t x , 2.???==t y t x 2cos 2sin 3 解:1.由已知得 3x = 4y (1) ? ??-=-=t y t x 3344 t v 55-= ? ??-=-=34y x 5-=a 为匀减速直线运动,轨迹如图(a ),其v 、a 图像从略。 2.由已知,得 2arccos 21 3arcsin y x = 化简得轨迹方程:29 4 2x y -= (2) 轨迹如图(b ),其v 、a 图像从略。 4-3 点作圆周运动,孤坐标的原点在O 点,顺钟向为孤坐标的正方向,运动方程为 22 1 Rt s π=,式中s 以厘米计,t 以秒计。轨迹图形和直角坐标的关系如右图所示。当点第一次到达y 坐标值最大的位置时,求点的加速度在x 和y 轴上的投影。 解:Rt s v π== ,R v a π== t ,222 n Rt R v a π== y 坐标值最大的位置时:R Rt s 2 212ππ== ,12=∴t R a a x π==t ,R a y 2π-= A 习题4-1图 习题4-2图 习题4-3图 习 题 11-1 质量为m 的质点在平面Oxy 内运动,其运动方程为:t b y t a x ωω2sin ,cos ==。其中a 、b 和w 均为常量。试求质点对坐标原点O 的动量矩。 t a x v x ωωsin -== t b y v y ωω2cos 2== x mv y mv L y x O +-= )cos 2cos 22sin sin (t a t b t b t a m ωωωωωω?+?= )cos 2cos 22sin (sin t t t t mab ωωωωω?+?= )cos 2cos 2cos sin 2(sin t t t t t mab ωωωωωω?+?= )2cos (sin cos 22t t t mab ωωωω+= t mab ωω3cos 2= 11-2 C 、D 两球质量均为m ,用长为2 l 的杆连接,并将其中点固定在轴AB 上,杆CD 与轴AB 的交角为θ,如图11-25所示。如轴AB 以角速度w 转动,试求下列两种情况下,系统对AB 轴的动量矩。(1)杆重忽略不计;(2)杆为均质杆,质量为2m 。 图11-25 (1) θθ222sin 2)sin (2ml l m J z =?= θω22sin 2l m L z = (2) θθ2202sin 32d )sin (2ml x x l m J l z ==? 杆 θ22sin 3 8 ml J z = θ ω22sin 3 8 l m L z = 11-3 试求图11-26所示各均质物体对其转轴的动量矩。各物体质量均为m 。 图11-26 (a) ω2 3 1ml L O = (b) 22291)6(121ml l m ml J O =+= ω29 1ml L O -= 解:如图(a ),应用虚位移原理: F 1 ?術 F 2 ? 8r 2 = 0 书鹵 / 、 8r 1 8r 2 tan P 如图(b ): 8 廿y ; 8 厂乔 8r i 能的任意角度B 下处于平衡时,求 M 1和M 2之间的关系 第12章 虚位移原理及其应用 12-1图示结构由8根无重杆铰接成三个相同的菱形。 试求平衡时, 解:应用解析法,如图(a ),设0D = y A = 2l sin v ; y^ 61 sin v S y A =21 cos :心; 溉=61 COST 心 应用虚位移原理: F 2 S y B - R ? S y A =0 6F 2 —2R =0 ; F i =3F 2 习题12-1图 F 2之值。已知:AC = BC 12-2图示的平面机构中, D 点作用一水平力F t ,求保持机构平衡时主动力 =EC = DE = FC = DF = l 。 解:应用解析法,如图所示: y A =lcos ) ; x D =3lsin v S y A - -l sin^ 心;S x D =3I COS ^ & 应用虚 位移原理: —F 2 ? S y A - F I 8x^0 F 2sin J - 3F t cos ^ - 0 ; F 2 = 3F t cot^ 12-3图示楔形机构处于平衡状态,尖劈角为 小关系 习题12-3 B 和3不计楔块自重与摩擦。求竖向力 F 1与F 2的大 F i F 2| (a ) (b) F i 8i - F 2 12-4图示摇杆机构位于水平面上,已知 OO i = OA 。机构上受到力偶矩 M 1和M 2的作用。机构在可 高等教育出版社,金尚年,马永利编著的理论力学课后习题答案 第一章 1.2 写出约束在铅直平面内的光滑摆线 上运动的质点的微 分方程,并证明该质点在平衡位置附近作振动时,振动周期与振幅无关. 解: 设s 为质点沿摆线运动时的路程,取 =0时,s=0 S= = 4 a (1 ) X Y 设 为质点所在摆线位置处切线方向与x 轴的夹角,取逆时针为正, 即切线斜率 = 受力分析得: 则 ,此即为质点的运动微分方程。 该质点在平衡位置附近作振动时,振动周期与振幅无关,为. 1.3 证明:设一质量为m 的小球做任一角度0θ的单摆运动 运动微分方程为θθθ F r r m =+)2(&&&& θθ sin mg mr =&& ① 给①式两边同时乘以d θ θθθθ d g d r sin =&& 对上式两边关于θ&积分得 c g r +=θθcos 2 12& ② 利用初始条件0θθ=时0=θ &故0cos θg c -= ③ 由②③可解得 0cos cos 2-θθθ -?=l g & 上式可化为dt d l g =?-?θθθ0cos cos 2- 两边同时积分可得θθθθθθθθd g l d g l t ??--- =-- =0 2 02 2 200 2 sin 12 sin 1001 2cos cos 12 进一步化简可得θθθθd g l t ?-= 0002 222sin sin 1 2 1 由于上面算的过程只占整个周期的1/4故 ?-==0 2 2 2 sin 2 sin 12 4T θθθ θd g l t 由?θθsin 2 sin /2sin 0= 两边分别对θ?微分可得??θ θθd d cos 2 sin 2cos 0= ?θθ 20 2 sin 2 sin 12 cos -= 故?? θ? θθd d 20 2 sin 2 sin 1cos 2 sin 2 -= 由于00θθ≤≤故对应的2 0π ?≤≤ 故?? θ ? θ?θθ θθπ θd g l d g l T ??-=-=20 20 2 2 cos 2 sin sin 2 sin 1/cos 2 sin 4 2 sin 2 sin 2 故?-=2 022sin 14π??K d g l T 其中2 sin 022θ=K 通过进一步计算可得 g l π 2T =])2642)12(531()4231()21(1[224222ΛΛΛΛ+????-????++??++n K n n K K 1.5 第一章 习题4-1.求图示平面力系的合成结果,长度单位为m。 解:(1) 取O点为简化中心,求平面力系的主矢: 求平面力系对O点的主矩: (2) 合成结果:平面力系的主矢为零,主矩不为零,力系的合成结果是一个合力 偶,大小是260Nm,转向是逆时针。 习题4-3.求下列各图中平行分布力的合力和对于A点之矩。 解:(1) 平行力系对A点的矩是: 取B点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对B点的主矩是: 向B点简化的结果是一个力R B和一个力偶M B,且: 如图所示; 将R B向下平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R B。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的矩形面积,作用点通过矩形的形心。 (2) 取A点为简化中心,平行力系的主矢是: 平行力系对A点的主矩是: 向A点简化的结果是一个力R A和一个力偶M A,且: 如图所示; 将R A向右平移一段距离d,使满足: 最后简化为一个力R,大小等于R A。其几何意义是:R的大小等于载荷分布的三角形面积,作用点通过三角形的形心。 习题4-4.求下列各梁和刚架的支座反力,长度单位为m。解:(1) 研究AB杆,受力分析,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 (2) 研究AB杆,受力分析,将线性分布的载荷简化成一个集中力,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。校核: 结果正确。(3) 研究ABC,受力分析,将均布的载荷简化成一个集中力,画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 结果正确。 习题4-5.重物悬挂如图,已知G=1.8kN,其他重量不计;求铰链A的约束反力和杆BC所受的力。 解:(1) 研究整体,受力分析(BC是二力杆),画受力图: 列平衡方程: 解方程组: 反力的实际方向如图示。 静力学习题及解答—静力学基础 静力学习题及解答—静力学基础 《理论力学》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】:本课程《理论力学》(编号为06015)共有单选题,计算题,判断题, 填空题等多种试题类型,其中,本习题集中有[判断题]等试题类型未进入。 一、单选题 1. 作用在刚体上仅有二力A F 、B F ,且0+=A B F F ,则此刚体________。 ⑴、一定平衡 ⑵、一定不平衡 ⑶、平衡与否不能判断 2. 作用在刚体上仅有二力偶,其力偶矩矢分别为A M 、B M ,且A M +0=B M ,则此刚体________。 ⑴、一定平衡 ⑵、一定不平衡 ⑶、平衡与否不能判断 3. 汇交于O 点的平面汇交力系,其平衡方程式可表示为二力矩形式。即()0=∑A i m F ,()0=∑B i m F ,但________。 ⑴、A 、B 两点中有一点与O 点重合 ⑵、点O 不在A 、B 两点的连线上 ⑶、点O 应在A 、B 两点的连线上 ⑷、不存在二力矩形式,∑∑==0,0Y X 是唯一的 4. 力F 在x 轴上的投影为F ,则该力在与x 轴共面的任一轴上的投影________。 ⑴、一定不等于零 ⑵、不一定等于零 ⑶、一定等于零 ⑷、等于F 5. 若平面一般力系简化的结果与简化中心无关,则该力系的简化结果为________。 ⑴、一合力 ⑵、平衡 ⑶、一合力偶 ⑷、一个力偶或平衡 6. 若平面力系对一点A 的主矩为零,则此力系________。 ⑴、不可能合成一个力 ⑵、不可能合成一个力偶 ⑶、一定平衡 ⑷、可能合成一个力偶,也可能平衡 7. 已知1F 、2F 、3F 、4F 为作用刚体上的平面共点力系,其力矢关系如图所示为平行四边形,因此可知________。 ⑴、力系可合成为一个力偶 ⑵、力系可合成为一个力 ⑶、力系简化为一个力和一个力偶 ⑷、力系的合力为零,力系平衡 8. 已知一平衡的平面任意力系1F 、2F ……1n F ,如图,则平衡方程∑=0A m ,∑=0B m ,∑=0Y 中(y AB ⊥),有________个方程是独立的。 ⑴、1 ⑵、2 ⑶、3 9. 设大小相等的三个力1F 、2F 、3F 分别作用在同一平面内的A 、B 、C 三点上,若AB BC CA ==,且其力多边形如b <>图示,则该力系________。 ⑴、合成为一合力 ⑵、合成为一力偶 ⑶、平衡 习题9-2图 习题20-3图 Ox F Oy F g m g m 2D d α 习题20-3解图 第9章 动量矩定理及其应用 9-1 计算下列情形下系统的动量矩。 1. 圆盘以ω的角速度绕O 轴转动,质量为m 的小球M 可沿圆盘的径向凹槽运动,图示瞬时小球以相对于圆盘的速度v r 运动到OM = s 处(图a );求小球对O 点的动量矩。 2. 图示质量为m 的偏心轮在水平面上作平面运动。轮心为A ,质心为C ,且AC = e ;轮子半径为R ,对轮心A 的转动惯量为J A ;C 、A 、B 三点在同一铅垂线上(图b )。(1)当轮子只滚不滑时,若v A 已知,求轮子的动量和对B 点的动量矩;(2)当轮子又滚又滑时,若v A 、ω已知,求轮子的动量和对B 点的动量矩。 解:1、2 s m L O ω=(逆) 2、(1) )1()(R e mv e v m mv p A A C + =+==ω R v me J R e R mv J e R mv L A A A C C B ) () ()(2 2 -++=++=ω (2))(e v m mv p A C ω+== ωωωω)()()())(()(2meR J v e R m me J e R e v m J e R mv L A A A A C C B +++=-+++=++= 9-2 图示系统中,已知鼓轮以ω的角速度绕O 轴转动,其大、小半径分别为R 、r ,对O 轴的转动惯量为J O ;物块A 、B 的质量分别为m A 和m B ;试求系统对O 轴的动量矩。 解: ω)(2 2r m R m J L B A O O ++= 9-3 图示匀质细杆OA 和EC 的质量分别为50kg 和100kg ,并在点A 焊成一体。若此结构在图示位置由静止状态释放,计算刚释放时,杆的角加速度及铰链O 处的约束力。不计铰链摩擦。 解:令m = m OA = 50 kg ,则m EC = 2m 质心D 位置:(设l = 1 m) m 6565= = =l OD d 刚体作定轴转动,初瞬时ω=0 l m g l m g J O ?+? =22 α 2 2 2 2 32)2(212 131ml ml l m ml J O =+??+ = 即mgl ml 2 532= α 2 r a d /s 17.865== g l α g l a D 36256 5t = ?= α 由质心运动定理: Oy D F mg a m -=?33t 44912 1136 2533== -=mg g m mg F Oy N (↑) =ω,0n =D a , 0=Ox F (a) v (b) 习题9-1图2020年智慧树知道网课《理论力学(西安交通大学)》课后章节测试满分答案
理论力学课后答案(范钦珊)
理论力学习题及答案(全)
清华大学版理论力学课后习题答案大全_____第6章析
理论力学课后习题答案
清华大学版理论力学课后习题集标准答案全集第6章刚体平面运动分析
《理论力学》第十一章动量矩定理习题解
清华大学版理论力学课后习题答案大全_____第3章静力学平衡问题习题解
梁坤京理论力学动量矩定理课后答案
理论力学课后习题答案第9章动量矩定理及其应用)
清华大学版理论力学课后习题答案大全 第7章质点动力学
理论力学课后习题答案
清华大学版理论力学课后习题答案大全 第4章运动分析基础
理论力学(机械工业出版社)第十一章动量矩定理习题解答.
清华大学版理论力学课后习题答案大全_____第12章虚位移原理及其应用习题解
理论力学课后习题答案
理论力学课后习题及答案解析..
四川大学 理论力学 课后习题答案 第1周习题解答
第 1 周习题为 1.2~1.9; 1.10~1.12 为选作。 1.1 举例说明由 F1 ? r = F2 ? r ,或者由 F1 × r = F2 × r ,不能断定 F1 = F2 。 解:若 F1 与 F2 都与 r 垂直,则 F1 ? r = F2 ? r = 0 ,但显然不能断定 F1 = F2 ; 若 F1 与 F2 都与 r 平行,则 F1 × r = F2 × r = 0 ,也不能断定 F1 = F2 ;
四川大学 建筑与环境学院 力学科学与工程系 魏泳涛
1.2 给定力 F = 3 (? i + 2 j + 3k ) ,其作用点的坐标为 (?3,?4,?6) 。已知 OE 轴上的 单位矢量 e =
3 (i + j + k ) ,试求力 F 在 OE 轴上的投影以及对 OE 轴之矩。 3 解:力 F 在 OE 轴上的投影
FOE = F ? e = 3 (?i + 2 j + 3k ) ?
3 (i + j + k ) = ?1 + 2 + 3 = 4 3
力 F 对坐标原点 O 之矩 i j k mO ( F ) = ? 3 ? 4 ? 6 = 3 (15 j ? 10k ) ? 3 2 3 3 3 根据力系关系定理,力 F 对 OE 轴之矩
mOE ( F ) = mO ( F ) ? e = 3 (15 j ? 10k ) ? 3 (i + j + k ) = 15 ? 10 = 5 3
四川大学 建筑与环境学院 力学科学与工程系 魏泳涛理论力学_习题集(含答案)
清华大学版理论力学课后习题答案大全 第9章动量矩定理及其应用