理论力学—动量矩定理.ppt

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1、例4水平杆AB长2a,可绕铅垂轴z转动,其两端各用铰链与长为l的杆AC及BD相连,杆端各联结质量为m的小球C和D。起初两小球用细线相连,使杆AC与BD均为铅垂,这系统绕z轴的角速度为w0。如某时此细线拉断,杆AC和BD各与铅垂线成a角。不计各杆的质量,求这时系统的角速度w。解:以系统为研究对象,系统所受的外力有小球的重力和轴承处的反力,这些力对转轴之矩都等于零。所以系统对转轴的动量矩守恒,即显然,此时的角速度w<w0。解:取系统为研究对象例5均质圆轮半径为R、质量为m,圆轮对转轴的转动惯量为JO。圆轮在重物P带动下绕固定轴O转动,已知重物重量为W。求重物下落的加速度。应用动量矩定理OP

2、WvmgFOxFOyw例7一绳跨过定滑轮,其一端吊有质量为m的重物A,另一端有一质量为m的人以速度u相对细绳向上爬。若滑轮半径为r,质量不计,并且开始时系统静止,求人的速度。解:以系统为研究对象,受力如图。设重物A上升的速度为v,则人的绝对速度va的大小为由于SMO(F(e))=0,且系统初始静止,所以LO=0。由上可知,人与重物A具有相同的的速度,此速度等于人相对绳的速度的一半。如果开始时,人与重物A位于同一高度,则不论人以多大的相对速度爬绳,人与重物A将始终保持相同的高度。uvave=vmgmguAOFOxFOy例9如图所示,啮合齿轮各绕定轴O1、O2转动,其半径分别为r1、r2,

3、质量分别为m1、m2,转动惯量分别为J1、J2,今在轮O1上作用一力矩M,求其角加速度。解:分别以两轮为研究对象,受力如图,由刚体定轴转动的微分方程,有由运动学关系,得注意到,联立求解以上三式得O1r1r2O2MFO1yFO1xFtFnm1gFO2yFO2xm2gO1O2F′tF′nMOFOxFOyW=mgOFOyFOxW=mg解除约束前:FOx=0,FOy=mg/2突然解除约束瞬时:FOx=?,FOy=?例题10关于突然解除约束问题突然解除约束瞬时,杆OA将绕O轴转动,不再是静力学问题。这时,0,0。需要先求出,再确定约束力。应用定轴转动微分方程应用质心运动定理OFOxF

4、OyW=mg例14均质圆盘质量为2m,半径为r。细杆OA质量为m,长为l=3r,绕轴O转动的角速度为w、求下列三种情况下系统对轴O的动量矩:(a)圆盘与杆固结;(b)圆盘绕轴A相对杆OA以角速度w逆时针方向转动;(c)圆盘绕轴A相对杆OA以角速度w顺时针方向转动。解:(a)(b)(c)例16均质圆柱体A和B质量均为m,半径均为r。圆柱A可绕固定轴O转动。一绳绕在圆柱A上,绳的另一端绕在圆柱B上。求B下落时,质心C点的加速度。摩擦不计。解:取A分析,受力如图。A作定轴转动,应用定轴转动的微分方程有其中aAFTmgFOxFOyOAF'TmgaBCDBaC取B分析,受力如图。B作平面运动。应

5、用平面运动的微分方程有由运动学关系aD=raA,,而由加速度合成定理有例17均质杆质量为m,长为l,在铅直平面内一端沿着水平地面,另一端沿着铅垂墙壁,从图示位置无初速地滑下。不计摩擦,求开始滑动的瞬时,地面和墙壁对杆的约束反力。解:以杆AB为研究对象,分析受力。yBqCAmgxBqCAFAFB杆作平面运动,设质心C的加速度为aCx、aCy,角加速度为a。aaCxaCy由刚体平面运动微分方程mgBqCAxy以C点为基点,则A点的加速度为再以C点为基点,则B点的加速度为aAaaBaCxaCyatBCatAC在运动开始时,w=0,故,将上式投影到y轴上,得an=0AC同理,,将上式投影到x轴

6、上,得an=0BC联立求解(1)~(5)式,并注意到可得注:亦可由坐标法求出(4)、(5)式:运动开始时,,故BqCAxyjAxCB例18如图质量为m的均质杆AB用细绳吊住,已知两绳与水平方向的夹角为j。求B端绳断开瞬时,A端绳的张力。解:取杆分析,建立如图坐标。有AB作平面运动,以A为基点,则jjABFT因为断开初瞬时,vA=0,w=0,故,an=0Aan=0CA将上式投影到x轴上,得anCAatCAatAanAajAxCBaaCxmg例19长l,质量为m的均质杆AB和BC用铰链B联接,并用铰链A固定,位于平衡位置。今在C端作用一水平力F,求此瞬时,两杆的角加速度。解:分别以AB和B

7、C为研究对象,受力如图。AB和BC分别作定轴转动和平面运动。对AB由定轴转动的微分方程得CBAFABFAxFBxFByaBWaABFAyBC作平面运动,取B为基点,则将以上矢量式投影到水平方向,得(4)由(1)~(4)联立解得对BC由刚体平面运动的微分方程得(2)(3)BGCaBCFWaGxaGyatGBF'ByF'BxO例20平板质量为m1,受水平力F作用而沿水平面运动,板与水平面间的动摩擦系数为f,平板上放一质量为m2的均质圆柱,它相对平板

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