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理论力学动力学

2013-09-15 50页 ppt 1MB 105阅读

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理论力学动力学nullnullnull 研究物体的机械运动 与作用力之间的关系动力学的主要内容null 1. 动力学第一类问题 —— 已知系统的运动,求作用在系统上的力。 2. 动力学第二类问题 —— 已知作用在系统上的力,求系统的运动。动力学所涉及的研究内容包括:null动力学普遍定理 动量定理 动量矩定理 动能定理 null动力学普遍定理1、物理量(2)冲量(1)动量(3)动量矩null1、物理量(4)转动惯量 回转半径① 定义动力学普遍定理null1、物理量② 简单形体的转动惯量● 均质细圆...
理论力学动力学
nullnullnull 研究物体的机械运动 与作用力之间的关系动力学的主要null 1. 动力学第一类问题 —— 已知系统的运动,求作用在系统上的力。 2. 动力学第二类问题 —— 已知作用在系统上的力,求系统的运动。动力学所涉及的研究内容包括:null动力学普遍定理 动量定理 动量矩定理 动能定理 null动力学普遍定理1、物理量(2)冲量(1)动量(3)动量矩null1、物理量(4)转动惯量 回转半径① 定义动力学普遍定理null1、物理量② 简单形体的转动惯量● 均质细圆环● 均质薄圆盘● 均质细长杆mmm动力学普遍定理null1、物理量③ 平行移轴定理m动力学普遍定理null1、物理量(5)力的功 ● 常力的功● 变力的功● 重力的功● 弹性力的功动力学普遍定理null1、物理量(6)动能 ● 质点● 平移刚体● 定轴转动刚体● 平面运动刚体(7)势能 M0作为基准位置,势能为零,称为零势能点。动力学普遍定理null2.定理(2)质心运动定理(1)动量定理(3)动量定理、质心运动定理守恒动力学普遍定理null2.定理(5)定轴转动微分方程(4)动量矩定理(6)平面运动微分方程动力学普遍定理null2.定理(8)机械能守恒(7)动能定理常数动力学普遍定理nullA、a、b都正确; B、a、b都不正确。 C、a正确,b不正确;D、a不正确,b正确。 (2)重量为G的汽车,以匀速v驶过凹形路面。试问汽车过路面最低点时,对路面的压力如何 ? ( ) A、压力大小等于G; B、压力大小大于G。 C、压力大小小于G; D、已知条件没给够,无法判断。【思考题】 1.选择题 (1)如图所示,质量为m的质点受力F作用,沿平面曲线运动,速度为v。试问下列各式是否正确?ABnull1.选择题DA、只有在刚体作平动时才成立;B、只有在刚体作直线运动时才成立;C、只有在刚体作圆周运动时才成立;D、刚体作任意运动时均成立;C(2)质点作匀速圆周运动,其动量。( )A、无变化;B、动量大小有变化,但方向不变C、动量大小无变化,但方向有变化D、动量大小、方向都有变化【思考题】 nullCA、杆的动量大小 ,方向朝左B、杆的动量大小 ,方向朝右C、杆的动量大小 ,方向朝左D、杆的动量等于零null [例] 基本量计算 (动量,动量矩,动能)null质量为m长为l的均质细长杆,杆端B端置于水平面,A端铰接于质量为m,半径为r的轮O边缘点A,已知轮沿水平面以大小为w的角速度作纯滚动,系统的动量大小为( ),对点P的动量矩大小为 ( ),系统动能为( )。 图示行星齿轮机构,已知系杆OA长为2r,质量为m,行星齿轮可视为均质轮,质量为m,半径为r,系杆绕轴O转动的角速度为w。则该系统动量主矢的大小为( ),对轴O的动量矩大小为( ), 系统动能为( )。 null【解】因为按图示机构,系统可分成3个刚块:OA、AB、和轮B。首先需找出每个刚块的质心速度: null所以所以方向水平向左null[例 题] 图示均质细直杆OA长为l,质量为m,质心C处连接一刚度系数为k 的弹簧,若杆运动到水平位置时角速度为零,则初始铅垂位置(此时弹簧为原长)时,杆端A的速度vA为 多少? 动力学普遍定理null【解】(1)用动能定理求角速度。例11-5 如图所示,质量为m,半径为r的均质圆盘,可绕通过O 点且垂直于盘平面的水平轴转动。设盘从最高位置无初速度地开始绕O轴转动。求当圆盘中心C和轴O点的连线经过水平位置时圆盘的角速度、角加速度及O处的反力。(2)当OC在同一水平位置时,由动量矩定理有:代入JO,有null(3)求O处约束反力作圆盘的受力分析和运动分析,有由质心运动定理,得法二:用动能定理求角速度及角加速度。两边对(*)式求导null【思考与讨论】 1.选择题 (1)如图所示,半径为R,质量为m的均质圆轮,在水平地面上只滚不滑,轮与地面之间的摩擦系数为f。试求轮心向前移动距离s的过程中摩擦力的功WF。 ( )A. WF=fmgs B. WF方法
1 用达朗贝尔原理求解代入上式null方法2 用动量矩定理求解 根据动量矩定理:取系统为研究对象null取系统为研究对象,任一瞬时系统的两边对时间t求导数,得方法3 用动能定理求解任意假定一个初始值null[例11-6] 图示系统中,均质圆盘A、B各重P,半径均为R,两盘中心线为水平线,盘B作纯滚动,盘A上作用矩为M(常量)的一力偶;重物D重Q。问重物由静止下落距离h时重物的速度与加速度以及AD段、AB段绳拉力。(绳重不计,绳不可伸长,盘B作纯滚动。)解:取整个系统为研究对象(1)整个系统所受力的功:(2)系统的动能:这里null上式求导得:(3)对系统应用动能定理:AD段绳拉力AB段绳拉力null解法二:也可分别取研究对象D:这里A:B:null[例 题]在图示机构中,鼓轮B质量为m,内、外半径分别为r和R,对转轴O的回转半径为r,其上绕有细绳,一端吊一质量为m的物块A,另一端与质量为M、半径为r的均质圆轮C相连,斜面倾角为j,绳的倾斜段与斜面平行。试求:(1)鼓轮的角加速度a;(2)斜面的摩擦力及连接C的绳子的张力(示为a的函数)。 动力学普遍定理null[例 题] 图示滚轮C 由半径为r1的轴和半径为r2的圆盘固结而成,其重力为FP3,对质心C的回转半径为ρ,轴沿AB作无滑动滚动;均质滑轮O的重力为FP2,半径为r;物块D的重力FP1。求:(1)物块D的加速度;(2)EF段绳的张力;(3)O1处摩擦力。 动力学普遍定理例题 5-6 例题 用长 l 的两根绳子 AO 和 BO 把长 l ,质量是 m 的匀质细杆悬在点 O (图 a )。当杆静止时,突然剪断绳子 BO ,试求刚剪断瞬时另一绳子 AO 的拉力。OlllBAC(a)动静法应用举例例题 5-6null 绳子BO剪断后,杆AB将开始在铅直面内作平面运动。由于受到绳OA的约束,点A将在铅直平面内作圆周运动。在绳子BO刚剪断的瞬时,杆AB上的实际力只有绳子AO的拉力F和杆的重力mg。解: 在引入杆的惯性力之前,须对杆作加速度分析。取坐标系Axyz 如图(c)所示。aA = anA + atA= aCx + aCy + atAC + anACOllBACmgFθ(b) 利用刚体作平面运动的加速度合成定理,以质心C作基点,则点A的加速度为动静法应用举例null 在绳BO刚剪断的瞬时,杆的角速度ω = 0 ,角加速度α ≠0。因此又 anA= 0,加速度各分量的方向如图(c)所示。把 aA 投影到点A轨迹的法线 AO上,就得到anAC = AC ·ω2 = 0atAC = lα/2这个关系就是该瞬时杆的运动要素所满足的条件。即(1)§5-3 动静法应用举例null 杆的惯性力合成为一个作用在质心的力 F*C 和一个力偶M*C ,两者都在运动平面内, F*C的两个分量大小分别是F*Cx = maCx , F*Cy = maCy力偶矩 M*C 的大小是M*C = JCz´α旋向与α相反( 如图b)。§5-3 动静法应用举例null由动静法写出杆的动态平衡方程,有且对于细杆 , JCz´ = ml 2/12 。联立求解方程(1)~(4),就可求出(2)(3)(4)§5-3 动静法应用举例例题 5-6null例12-7均质棒AB得质量为m=4kg,其两端悬挂在两条平行绳 上,棒处在水平位置,如图(a)所示。其中一绳BD 突然断了,求此瞬时AC绳得张力F。(b)【解】null虚加惯性力系,如图(b)所示,有则又得null解:受力分析与运动分析建立“平衡方程”,并求解null
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