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南华大学理论力学练习册答案
第十章 动量定理
10-1. 图示系统中,已知阻力系数,弹簧刚度系数,杆端小球质量及图示尺寸,不计杆重,若将坐标原点选在杆静平衡时的水平位置,试求系统微幅振动的微分方程,并计算其固有频率。
解:
由质点运动微分方程,有
令
10-2. 如图所示,物块(质量)放在光滑的水平面上,与物块(质量)铰接,在力偶矩的作用下,物块从水平位置转到铅垂位置时,求物块移动的距离。
解:设物块A向右移动距离。因为,
且,有。即
得
左移
10-3. 如图所示,椭圆摆由一滑块(质量)与小球(质量)所构成。滑块可沿光滑水平面滑动,小球用长为的杆与滑块铰连。在运动的初瞬时,杆与铅垂线的偏角为,且无初速度释放。不计杆的质量,求滑块的位移,用偏角表示。
解:设物块A向右移动距离。因为,
且,有。即
得
10-4. 均质杆与由相同材料制成,在点铰接,二杆位于同一铅垂面内,如图所示。mm,mm。若mm时,系统由静止释放,求当、、在同一直线上时,与两端点各自移动的距离。
解:设物块A向右移动距离。因为,
且,有。即
由重心坐标公式有
第十一章 动量矩定理
11-1. 如图所示,为离合器,开始时轮2(转动惯量)开始静止,轮1(转动惯量)具有初角速度。当离合器接合后,靠摩擦带动轮2。求接合后,两轮共同转动的角速度。
解:系统对转轴的外力矩为零,故动量矩守恒,有
故
11-2图示系统中,均质轮(质量,半径)以角速度绕杆的端转动,此时将其放置在静止的均质轮(质量,半径)上,轮可绕其中心轴自由转动,放置后,轮的重量由轮支持,略去轴承摩擦和杆的质量,并设两轮间的摩擦因数为。问自轮放到轮上到两轮没有相对滑动为止,经过多少时间?
解:分析A轮,有;
,
积分得
分析B轮,有:
积分得
又 ,
解得
11-3. 如图所示,有一轮子,轴的直径为50mm,无初速度沿倾角的轨道只滚不滑,5秒内轮心滚过的距离m,求轮子对轮心的惯性半径。
解:设轮子对轮心的惯性半径为,则
又 ,摩擦力为恒量,故
得
11-4. 均质圆柱的半径,质量,今将其放在图示位置。设在和处的摩擦因数为。若给圆柱以初角速度,导出到圆柱停止所需的时间表达式。
解:由刚体平面运动微分方程,有
又 ,
解得
11-5. 在粗糙斜面上有一薄壁圆筒和一实心圆柱,如图所示。设均质圆筒和均质圆柱的质量均为,外径均为。不计滚动阻力和圆筒与圆柱之间的摩擦阻力,求圆筒与圆柱中心的加速度。
解:圆筒,受力如图,由对于速度瞬心的动量矩定理,有
圆柱,受力如图
所以,中心的加速度
11-6. 如图,一均质塔轮外半径为,内径为r,惯性半径为,质量为m1,其上作用一不变的转动力矩M(M足够大),在圆盘和塔轮上分别绕吊绳提升质量均为m2的重物。若不计轴承摩擦及吊绳的质量,求重物的加速度和轴承O的支座反力。
解:
由动量矩定理有:
由质心运动定理有:
第十二章 动能定理
12-1. 在半径为、质量为的均质圆盘的直径上固结一长为、质量为的均质细杆。圆盘作纯滚动。已知圆盘中心的速度为。求系统的动能。
解:
12-2. 重为200N的木块上装有4个重量均为20N的轮子,在倾角的斜面上滚下,如图所示。设轮子的半径为5cm,惯性半径为4cm,求从静止开始滚过1m时木块的速度。
解:
由动能定理有
12-3. 如图所示,十字形滑块重,把固定杆和重为的杆联接成直角,杆的点与半径为、重量为的均质圆盘铰链。盘上作用一不变力偶矩。忽略摩擦,求圆盘的角速度与其转角的关系。设机构位于水平位置。
解:分析系统,
分析运动,AB杆做平动。K为动点,AB为动系,有
由动能定理
得
12-4. 图示机构,各构件的质量均为,曲柄在不变力偶矩作用下绕轴从图示位置开始转圈后,求此时曲柄的角速度。
解:由,得
12-5. 如图所示系统中,,。均质圆盘只能在斜面上作纯滚动。今将圆盘从平衡位置向下移过10cm后放开。求当圆盘回到平衡位置时斜面的速度。
解:水平方向动量守恒,有
,得
由动能定理,得
其中 ,
再,而
解得
12-6. 如
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