理论力学13—动能定理
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第八章动能定理引言应用动力学基本方程是解决运动变化与力之间的关系的基本方法,但在许多实际问题中,特别是研究运动过程较复杂的质点系问题时,要列出每一个质点的运动方程十分困难。
动能定理建立了物体动能变化与受力所作的功之间的关系,应用动能定理解决动力学问题,淡化了具体的运动过程,使计算得到简化。
在物理中,质点的动能定理已作为重点内容进行了研究。
在理论力学中,动能定理的基本意义与物理所讲的完全相同。
为了避免重复,在本章,重点对动能定理的应用范围进行拓宽。
基本要求1、加深对功和动能概念的理种功和动能的求法,2、加深对动能定理的理解,理的应用。
3、了解功率和效率的概念第一节力的功一、功的概念物体受力的作用后,其运动状态将发生改变,这种改变不仅与力的大小和方向有关,还与物体在力的作用下所走过的路程有关。
功就是描述力在一段路程中对物体的积累效应,我们将(不变的)力F在物体运动方向上的投影F cos 与物体所走过的路程S的乘积,称为力F在路程S中对物体所作的功。
即:W F S =cos α在上式中,α表示力F 与运动方向的夹角,α<90°时,力作正功;反之力做负功。
可见,功是一个只有大小、正负而没有方向的量,是一个代数量。
功的单位由力和路程的单位来确定,在国际单位制中,功的单位是焦耳(J ),即:焦耳=牛顿⨯米(1J 1N m =⋅)若在变力F作用下物体沿曲线运动,则可将路程S 分成为无限多个小微段dS,并将dS 视为直线,将该微段内的力F视为常力。
力在此微段上所作的功称为元功,用dW 表示。
即dW F dS =⋅cos α若求变力F在一段路程S 上所作的功,可对元功积分。
即:W dW F dSSS ==⎰⎰cos α二、几种常见力的功 1、重力的功重力的功等于物体的重力与物体重心始末位置的高度差的乘积,即W G h =±可见,重力的功只与物体的始末位置有关,而与物体运动的具体路径无关。
理论⼒学复习要点整理第⼀章静⼒学公理和物体的受⼒分析1.静⼒学是研究物体在⼒系作⽤下的平衡条件的科学。
2.静⼒学公理公理1 ⼆⼒平衡公理:作⽤于刚体上的两个⼒,使刚体保持平衡的必要和充分条件是:这两个⼒⼤⼩相等、⽅向相反且作⽤于同⼀直线上。
F=-F’⼯程上常遇到只受两个⼒作⽤⽽平衡的构件,称为⼆⼒构件或⼆⼒杆。
公理2 加减平衡⼒系公理:在作⽤于刚体的任意⼒系上添加或取去任意平衡⼒系,不改变原⼒系对刚体的效应。
推论⼒的可传递性原理:作⽤于刚体上某点的⼒,可沿其作⽤线移⾄刚体内任意⼀点,⽽不改变该⼒对刚体的作⽤。
公理3 ⼒的平⾏四边形法则:作⽤于物体上某点的两个⼒的合⼒,也作⽤于同⼀点上,其⼤⼩和⽅向可由这两个⼒所组成的平⾏四边形的对⾓线来表⽰。
推论三⼒平衡汇交定理: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交于⼀点,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。
公理4 作⽤与反作⽤定律:两物体间相互作⽤的⼒总是同时存在,且其⼤⼩相等、⽅向相反,沿着同⼀直线,分别作⽤在两个物体上。
公理5 钢化原理:变形体在某⼀⼒系作⽤下平衡,若将它钢化成刚体,其平衡状态保持不变。
对处于平衡状态的变形体,总可以把它视为刚体来研究。
3.约束和约束⼒限制⾮⾃由体某些位移的周围物体,称为约束。
约束对⾮⾃由体施加的⼒称为约束⼒。
约束⼒的⽅向与该约束所能阻碍的位移⽅向相反。
1.柔性体约束2.光滑接触⾯约束3.光滑铰链约束4.物体的受⼒分析和受⼒图画物体受⼒图时,⾸先要明确研究对象(即取分离体)。
物体受的⼒分为主动⼒和约束⼒。
要注意分清内⼒与外⼒,在受⼒图上⼀般只画研究对象所受的外⼒;还要注意作⽤⼒和反作⽤⼒之间的相互关系。
常见问题问题⼀画受⼒图时,严格按约束性质画,不要凭主观想象与臆测。
第⼆章平⾯⼒系本章总结1. 平⾯汇交⼒系的合⼒( 1 )⼏何法:根据⼒多边形法则,合⼒⽮为合⼒作⽤线通过汇交点。
( 2 )解析法:合⼒的解析表达式为2. 平⾯汇交⼒系的平衡条件( 1 )平衡的必要和充分条件:( 2 )平衡的⼏何条件:平⾯汇交⼒系的⼒多边形⾃⾏封闭。
第十三章动 能 定 理1.如图所示,半径为R ,质量为m 1的均质滑轮上,作用一常力矩M ,吊升一质量为m 2的重物。
当重物上升高度h 时,力矩M 所作的功为( )。
① Mh /R② m 2gh③ Mh/R -m 2gh④ 0正确答案:①2.三棱柱B 沿三棱柱A 的斜面运动,三棱柱A 沿光滑水平面向左运动。
已知A 的质量为m 1,B 的质量为m 2;某瞬时A 的速度为v 1,B 沿斜面的速度为v 2。
则此时三棱柱B 的动能为 ( )。
① 22221v m ② 2212)(21v v m − ③ )(2122212v v m − ④ ]sin )cos [(212222212θθv v v m +− 正确答案:④3.一质量为m ,半径为r 的均质圆轮以匀角速度ω沿水平面作纯滚动,均质杆OA 与圆轮在轮心O 处铰接,如图所示。
设OA 杆长l = 4r ,质量M = m /4。
在图示杆与铅垂线的夹角φ = 60°时,其角速度ωOA = ω/2,则此时该系统的动能为( )。
① 222425ωmr T =② 221211ωmr T = ③ 2267ωmr T = ④ 2232ωmr T = 正确答案:③4.均质圆盘A ,半径为r ,质量为m ,在半径为R 的固定圆柱面内作纯滚动,如图所示。
则圆盘的动能为( )。
① 2243ϕ mr T = ② 2243ϕ mR T = ③ 22)(21ϕ r R m T −= ④ 22)(43ϕ r R m T −= 正确答案:④5.图示均质圆盘沿水平直线轨道作纯滚动,在盘心移动了距离s 的过程中,水平常力F T 的功A T =( );轨道给圆轮的摩擦力F f 的功A f =( )。
① F T s② 2F T s③ 0④ -F f s正确答案:② ③6.图示二均质圆盘A 和B ,它们的质量相等,半径相同,各置于光滑水平面上,分别受到F 和F ′的作用,由静止开始运动。
理论力学复习题(基本概念)一、分析力学1. 约束:2.完整系统:3.广义坐标:4.虚位移:5.理想约束:6.达朗伯原理:7.虚位移原理:8.哈密顿原理:9.完整约束:10.非完整约束:11.自由度:12拘束: 13.达朗伯惯性力:14.虚功:15.有势力 1. 利用虚位移原理解题的基本步骤? 2. 利用拉格朗日方程解题的基本步骤?3. 利用虚位移原理解题的基本方法有哪两种? 4. 分析力学的研究对象、任务与方法? 5. 计算广义力的两种方法?6. 有势力作用下的拉格朗日第二类方程? 7. 拉格朗日第二类方程的首次积分有哪二类? 哈密顿正则方程的首次积分有哪二类1、 力系向一点简化,其主矢为0=R,则(C )。
A 、力系一定是平衡力系。
B 、力系一定不是平衡力系。
C 、当其主矩也为零时,力系是平衡力系。
D 、是一力螺旋。
2、 平面力偶系独立的平衡方程有(A )个。
A 、一。
B 、二。
C 、三。
D 、四。
3、 当刚体作平面运动时,其独立的动力学标量方程有(C )个。
A 、一。
B 、二。
C 、三。
D 、四。
4、 动力学普遍定理是(A )定理、(A )定理和()定理。
A 、动量、动量矩、动能。
B 、动量、质心运动、动能。
C 、质心运动、动量矩、动能。
D 、动量、质心运动、动量矩。
5、 质点系的动量在x 方向守恒,则外力(A )。
A 、在x 方向投影之和为零。
B 、在y 方向投影之和为零。
C 、在z 方向投影之和为零。
D 、不能判断。
6、 作用在刚体上的所有外力都通过其质心,则刚体(C )。
A 、动量守恒。
B 、动量不守恒。
C 、动量矩守恒。
D 、动量矩不守恒。
7、 质点系的内力(D )A 、不改变质点系动能。
B 、不改变每个质点的动能。
C 、不改变质点的相对运动D 、不改变质点系质心运动。
8、 保守力的功与(B )A 、路径有关。
B 、路径无关。
C 、时间有关。
D 、速度有关。