理论力学-动能定理
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第11章动能定理即质点系的动能等于其随质心平BCθABθCPA2rOr C力的功2rOr CAP2rOr CAP2rOr CAPs汽车驱动问题能量角度:汽缸内气体爆炸力是内力,不改变汽车的动量,但使汽车的动能增加。
动量角度:地面对后轮的摩擦力是驱动力,使汽车的动量增加,但不做功,不改变汽车的动能。
内力不能改变质点系的动量和动量矩,但可以改变能量;外力能改变质点系的动量和动量矩,但不一定能改变能量。
例题11-8水平悬臂梁AB,B端铰接滑轮B,匀质滑轮质量m1,半径r;绳一端接滚,轮C,半径r,质量m2视为质量集中在边缘;绳另端接重物D,质量m3。
求重物加速度。
CωDv BωCv 解:末位置是一般位置hconst 01==T T =2T 2321D v m 221B B J ω+221CP J ω+运动学关系rr v v B C C D ωω===2121rm J B =2222222rm r m r m J P=+=2321222121Dv m m m T ⎟⎠⎞⎜⎝⎛++=gh m W 312=CωDv BωCv h1212W T T =−gh m T v m m m D 30232122121=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛++对t 求导h g m vv m m m D D &&33210)221(=−++Dv h =&D D a v=&gm m m m a D 3213221++=例11-9匀质圆盘和滑块的质量均为m。
圆盘的半径为r。
杆平行于斜面,其质量不计。
斜面的倾斜角为θ。
圆盘、滑块与斜面的摩擦因数均为μ。
圆盘在斜面上作纯滚动。
试求滑块下滑加速度。
1212W T T =−01=T 2222212121mvJ mv T A ++=ω解()sF F mgs mgs W B A +−+=θθsin sin 12θμcos mg F F B A ==取导221,mrJ v r A ==ω2245mvT =()θμθcos sin 2452−=gs v a v v s==&&,()θμθcos sin 54−=g a F A 是静摩擦力,理想约束,不作功。
第十二章常见问题
问题一 正确计算功和动能,分析哪些力不作功,哪些力作功。
问题二 在理想约束下只考虑主动力的功。
如果有摩擦,只需记入摩擦力的功。
问题三 功是力与受力物体上力作用点位移的点积,不是力与力在空间位移的点积。
问题四 作用于纯滚动圆盘与静止地面接触点的法向约束力和摩擦力(不含滚动摩阻)不作功。
问题五 如果动能定理的积分形式用函数形式表示,则将其对时间求导即可求得加速度和角加速度,当然也可以用动能定理的微分形式或功率方程。
问题六 多数动力学问题可优先考虑动能定理求得加速度和角加速度,然后再利用动量及动量矩定理求得力。
问题七 对某些动力学问题,在求解时注意分析是否存在动量守恒和动量矩守恒。
问题八 求解动力学问题,一般要补充运动学关系。
9. 动能定理动能:是描述质系运动强度的一个物理量,任一质点在某瞬时的动能为212i i m v 。
质点动能定理的微分形式:作用于质点上力的元功等于质点动能的微分。
质点动能定理的积分形式:作用于质点上的力在有限路程上的功等于质点动能的改变量。
力的元功:力在一无限小位移中力所做的功。
力在有限路程上的功:力在此路程上元功的定积分21d M M W =⋅⎰F r 。
理想约束:约束力的元功的和等于零的约束。
质系动能定理的微分形式:在质系无限小的位移中,质系动能的微分等于作用于质系全部力所做的元功之和,即d δF T W =∑。
质系动能定理的积分形式:质系在任意有限路程的运动中,起点和终点动能的改变量,等于作用于质系的全部力在这段路程中所做功的和,即21i T T W -=∑。
质点系的动能:组成质点系的各质点动能的算术和,即2112ni i i T m v ==∑。
柯尼西定理:平面运动刚体的动能等于随质心平动的动能与绕通过质心的转轴转动的动能之和。
功率:在单位时间内所做的功。
力场:如质点在某空间内任一位置都受有一个大小和方向完全由所在位置确定的力作用,具有这种特性的空间就称为力场。
势力场或保守力场:如质点在某一力场内运动时,力场力对于质点所做的功仅与质点起点与终点位置有关,而与质点运动的路径无关,则这种力场称为势力场或保守力场。
质点在势力场内所受的力称为势力或保守力。
势能:在势力场中,质点由某一位置M 运动到选定的参考点M 0的过程中,有势力所做的功,以V 表示,即0x d d d d M M y z MMV F x F y F z =⋅=++⎰⎰F r 。
保守系统:具有理想约束,且所受的主动力皆为势力的质系。
机械能:质系在某瞬时的动能与势能的代数和。
机械能守恒定律:保守系统在运动过程中,其机械能保持不变。
即,质系的动能和势能可以互相转化,但总的机械能保持不变。