工程力学讲义动量矩
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第17章 动量定理和 动量矩定理工程力学学习指导第17章 动量定理和动量矩定理17.1 教学要求与学习目标1. 正确理解动量的概念,能够熟练计算质点系、刚体以及刚体系的动量。
2. 认真理解有关动量定理、动量守恒定理以及质心运动定理,掌握这些定理的相互关系。
3. 正确而熟练地应用动量定理、动量守恒定理以及质心运动定理解决质点系动力学两类问题,特别是已知运动求未知约束力的问题。
4. 学习动量矩定理时,首先需要认识到,在动力学普遍定理中,动量定理和动量矩定理属于同一类型的方程,即均为矢量方程。
而质点系的动量和动量矩,可以理解为动量组成的系统(即动量系)的基本特征量——动量系的主矢和主矩。
两者对时间的变化率等于外力系的基本特征量——力系的主矢和主矩。
5. 认真理解质点系动量矩概念,正确计算系统对任一点的动量矩。
6. 熟悉动量矩定理的建立过程,正确应用动量矩定理求解质点系的两类动力学问题。
7. 于作平面运动的刚体,能够正确建立系统运动微分方程和补充的运动学方程,并应用以上方程求解刚体平面运动的两类动力学问题。
17.2 理 论 要 点17.2.1 质点系的动量质点系中所有质点动量的矢量和(即质点系动量的主矢)称为质点系的动量。
即i ii m v p ∑=质点系的动量是自由矢,是度量质点系整体运动的基本特征量之一。
具体计算时可采用其在直角坐标系的投影形式,即⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===∑∑∑i iz i z i iy i y iix i x v m p v m p v m p质点系的动量还可用质心的速度直接表示:质点系的动量等于质点系的总质量与质心速度的乘积,即C m v p =这相当于将质点系的总质量集中于质心一点的动量,所以说质点系的动量描述了其质心的运动。
上述动量表达式对于刚体系也是正确的。
17.2.2 质点系动量定理质点系动量定理建立了质点系动量的变化率与外力主矢量之间的关系。
其微分形式为(e)(e)R d d i it ==∑pF F 质点系的动量对时间的变化率等于质点系所受外力系的矢量和。
12-1、图示三角形薄板,质量为m ,a 、h 已知,求薄板对z 轴的转动惯量z J 。
12-2、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A J ;C ,A ,B 三点在同一铅直线上。
1)当轮子只滚不滑时,若A v 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A v ,ω已知,求轮子的动量和对地面上B 点的动量矩。
题12-2图12-3、如图所示,求下列两种情况的动量矩O L :(a) 质量为m ,半径为R 的均质薄圆盘绕水平轴O (垂直纸面)转动的角速度为ω; (b) 质量为m ,长为l 的均质细直杆绕O 轴转动的角速度为ω。
12-4、如图:(a )所示刚体由均质圆环与直秆焊接而成,两者质量均为m ,求绕O 轴的转动惯量;(b )所示均质圆盘质量为1m ,绳子无重且不可伸长.与圆盘之间无相对滑动,物块A 、B 质量均为2m ,求系统对O 轴的动量矩。
(a )(b12-5、某质点对于某定点O 的动量矩矢量表达式为:226(86)(4)t t t =++--O L i j k ,式中为t 时间,i, j, k 分别为x 、y 、z 轴向的单位矢量,求此质点上作用力对O 点的力矩的大小。
12-6、均质杆AB ,长L ;质量m ,在已知力A F ,B F (A B F F ≠)作用下,在铅垂面内作平面运动,若对端点B ,中点C 的转动惯量分别为B J ,C J ,求图示瞬时杆AB 的角加速度。
12-7、两根质量均为8kg的均质细杆固连成T字形,可绕通过O点的水平轴转动,当OAω=。
求该瞬时轴承O处的约束反力。
处于水平位置时,T形杆具有角速度4rad/s12-8、均质圆轮A质量为1m,半径为1r,以角速度ω绕杆OA的A端转动,此时将轮放置在m的另一均质圆轮B上,其半径为2r,如图所示。
轮B原为静止,但可绕其中心轴质量为2自由转动。