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《理论力学》第六章 刚体的基本运动习题全解
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刚体的基本运动 习题全解
[习题6-1] 物体绕定轴转动的运动方程为(以计,以计)。试求物体内与转动轴相距的一点,在与时的速度和加速度的大小,并问物体在什么时刻改变它的转向?
解:
角速度:
角加速度:
速度:
切向加速度:
法向加速度:
加速度:
物体改变方向时,速度等于零。即:
[习题6-2] 飞轮边缘上一点M,以匀速v=10m/s运动。后因刹车,该点以作减速运动。设轮半径R=0.4m,求M点在减速运动过程中的运动方程及t=2s时的速度、切向加速度与法向加速度。
解:
(作减速运动,角加速度为负)
,故运动方程为:
速度方程:
切向加速度:
法向加速度:
[习题6-3] 当起动陀螺罗盘时,其转子的角加速度从零开始与时间成正比地增大。经过5分钟后,转子的角加速度为。试求转子在这段时间内转了多少转?
解:
,
转数[习题6-4] 图示为把工件送入干燥炉内的机构,叉杆,在铅垂面内转动,杆,A端为铰链,B端有放置工件的框架。在机构运动时,工件的速度恒为,AB杆始终铅垂。设运动开始时,角。求运动过程中角与时间的关系。并求点B的轨迹方程。
解:
OA作定轴转动;AB作刚体的平动。
故
………………….(a)
………(b)
由(a) 、(b)得:
,即B点的轨迹方程为:
(圆)
[习题6-5] 揉茶机的揉桶由三个曲柄支持,曲柄的支座A,B,C与支轴a,b,c都恰成等边三角形,如题6-3附图所示。三个曲柄长度相等,均为,并以相同的转速分别绕其支座在图示平面内转动。求揉桶中心点O的速度和加速度。
解:三根曲柄作定轴转动,揉桶作刚体平动,故a与O的速度、加速度相同。
[习题6-6] 刨床上的曲柄连杆机构如题6-6附图所示,曲柄OA以匀角速ω0绕O轴转动,其转动方程为φ=ω0t。滑块A带动摇杆O1B绕轴O1转动。设OO1=a,OA=r。求摇杆的转动方程和角速度。
解:
故摇杆的转动方程为:
[习题6-7] 槽杆OA可绕一端O转动,槽内嵌有刚连于方块C的销钉B,方块C以匀速率沿水平方向移动。设t=0时,OA恰在铅直位置。求槽杆OA的角速度与角加速度随时间t变化的规律。
解:销钉B与C同在一方块上作刚体的平动,故它们的速度 度相同。
角速度:
角加速度:
[习题6-8] 带传动系统如图所示,两轮的半径分别为r1=750mm,r2=300mm,轮B由静止开始转动,其角加速度为0.4πrad/s2。设带轮与带间无滑动,问经过多少秒后A轮转速为300r/min?
解:
传速比:
[习题6-9] 两轮Ⅰ,Ⅱ,半径分别为r1=100mm,r2=150mm,平板AB放置在两轮上,如图所示。已知轮Ⅰ在某瞬时的角速度ω=2rad/s,角加速度α=0.5rad/s2,求此时平板移动的速度和加速度以及轮Ⅱ边缘上一点C的速度和加速度(设两轮与板接触处均无滑动)。
解:
平板作平动,其速度、加速度与轮I的轮缘切向速度与切向加速度分别相同。
[习题6-10] 电动绞车由带轮Ⅰ和Ⅱ及鼓轮Ⅲ组成,鼓轮Ⅲ和带轮Ⅱ刚连在同一轴上。各轮半径分别为r1=300mm,r2=750mm,r3=400mm。轮Ⅰ的转速为n=100r/min。设带轮与带之间无滑动,试求物块M上升的速度和带AB,BC,CD,DA各段上点的加速度的大小。
解:
传速比:
(皮带作匀速度运动)
BC带:
DA带:
[习题6-11] 摩擦传动的主动轮Ⅰ作600r/min的转动,其与轮Ⅱ的接触点按箭头所示的方向移动,距离d按规律d=(100-5t)mm变化(t以s计)。求:(1)以距离d的函数表示Ⅱ的角加速度;(2)当d=r时,轮Ⅱ边缘上一点的全加速度。已知摩擦轮的半径r=50mm,R=150mm。
解:
(1)以距离d的函数表示Ⅱ的角加速度
主动轮轮缘速度:
(2)当d=r时,轮Ⅱ边缘上一点的全加速度
,即时的切向加速度为:
[习题6-12]轮Ⅰ,Ⅱ,半径分别为r1=150mm,r2=200mm,铰连于杆AB两端。两轮在半径R=450mm的曲面上运动,在图示瞬时,A点的加速度,与OA成60°角。试求:(1)AB杆的角速度与角加速度;(2)B点的加速度。
解:
(1)求AB杆的角速度与角加速度
(2)求B点的加速度
[习题6-13] 以匀速率v拉动胶片将电影胶卷解??。当胶卷半径减小时,胶卷转速增加。若胶片厚度为δ,试证明当胶卷半径为r时,胶卷转动的角加速度。
证明:
设开始时,盘径为,则经过时间之后,胶卷盘面积变化为:
,两边对求导得:
又因为,两边对求导得:
本题得证。
[习题6-14] 刚体以匀角速度作定轴转动。沿转动
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