第八章 点的一般运动、刚体的基本运动

第八章刚体的基本运动一、内容提要刚体的基本运动包括刚体的平动和定轴转动。

1、刚体的平动（1）刚体的平动的定义：刚体在运动过程中，若其上任一条直线始终保持平行于它的初始位置，称这种运动为刚体的平动。

（2）刚体平动的运动特征：刚体平动时，其上各点的轨迹形状相同并彼此平行；在每一瞬时，刚体上各点的速度相同，各点的加速度也相同。

因此刚体的平动可简化为一个点的运动来研究。

2、刚体的定轴转动（1）刚体的定轴转动的定义：刚体运动时，若其上（或其延伸部分）有一条直线始终保持不变，称这种运动为刚体的定轴转动。

（2）刚体的定轴转动的运动特征：刚体定轴转动时，其上各点均在垂直于转轴的平面内绕转轴作圆周运动。

（3）刚体的转动规律转动方程ϕ=f(t)角速度ω=dϕ /d t角加速度ε=dω t（4）转动刚体上各点速度和加速度速度V=Rω加速度aτ=Rεa n=Rω2全加速度大小和方向a=√ aτ +a n（5）转动刚体上各点速度和加速度的矢积表示：若沿转轴作出刚体的角速度矢ω和角加速度矢ε，则定轴转动刚体内任一点的速度V=ω⨯ r4142 加速度 a=a τ+a n =ε ⨯ r + ω ⨯ V二、基本要求1、熟练掌握刚体平动的运动特征。

2、熟练掌握刚体的转动规律和转动刚体上各点速度和加速度的求解。

三、典型例题1、曲柄O 1A 和O 2B 的长度均为2R ，分别绕水平固定轴O 1和O 2转动，固连于连杆AB 的齿轮Ⅰ带动齿轮Ⅱ绕O 轴转动。

若已知曲柄O 1A 的角速度为ω、角加速度为ε，O 1O 2=AB ， 齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ的半径均为R 。

试求齿轮Ⅱ节圆上任一点D 的加速度。

解 轮Ⅰ与AB 杆固连在一起作平动。

设N 点是轮Ⅰ节圆与轮Ⅱ的接触点，则有 V N =V A =2R ω ；a τN =a τA =2R ε ; a n N =a n A =2R 2ω又设M 点是轮Ⅱ节圆与轮Ⅰ的接触点，因两轮之间无相对滑动，所以有εM τ43V M =V N =2R ω ； a τM = a τN =2R ε因为轮Ⅱ作定轴转动，设其角速度为2ω，角加速度为2ε，则又有 V M = R 2ω，a τM =R 2ε，所以有 2ω=2ω ； 2ε=2ε 轮Ⅱ节圆任一点D 的切向和法向加速度大小分别为 a τD = R 2ε=2R ε ; a n D =R 22ω=4R 2ω 故点D 的加速度大小为 a D =()()222242ωετ+=+R a a nDD方向可由a D 与D 点处半径夹角α的正切表示为 tan α=22ωετ=nDD aa。

工程力学重点总结第一章静力学基本概念和公理受力图一、刚体刚体是指在力的作用下不会发生形变的物体。

力的三要素包括大小、方向和作用点。

平衡指物体相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动。

二、静力学公理1.力的平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力可以合成为仍作用于该点的一个合力，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线矢量确定。

2.二力平衡条件：作用在同一刚体上的两个力使刚体保持平衡的必要和充分条件是这两个力的大小相等、方向相反，并且作用在同一直线上。

3.加减平衡力系原理：作用于刚体的任何一个力系中，加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原来力系对刚体的作用。

1）力的可传性原理：作用在刚体上某点的力可沿其作用线移动到该刚体内的任意一点，而不改变该力对刚体的作用。

2）三力平衡汇交定理：作用于刚体上三个相互平衡的力，若其中两个力的作用线汇于一点，则此三个力必在同一平面内，且第三个力的作用线通过汇交点。

4.作用与反作用定律：两个物体间相互作用的力，即作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、作用线重合，并分别作用在两个物体上。

5.刚化原理：变形体在某一力系作用下处于平衡状态时，如假想将其刚化为刚体，则其平衡状态保持不变。

三、约束和约束反力约束分为柔索约束、光滑面约束、光滑圆柱铰链约束和链杆约束。

约束反力通过不同的连接点和接触面，方向和指向也有所不同。

四、受力分析和受力图选取研究对象，画出研究对象所受的全部主动力和约束反力，表示研究对象受力的简明图形称为受力图。

第二章平面汇交力系一、平面汇交力系合成和平衡的几何法平面汇交力系是指所有力的作用平面相交于一点的力系。

对于平面汇交力系，可以用几何法进行合成和平衡分析。

本文介绍了力学中的几个重要概念和方法。

首先，力多边形法则是一种通过折线和矢量的几何作图法，用于求解平面汇交力系的合力。

其必要充分条件是力多边形自行封闭。

其次，力的分解与投影是力学中常用的方法之一。