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[工学]工程力学37-d20b例题
工程力学(C) 北京理工大学理学院力学系 韩斌 §20 动量原理 * * ( 37) (下册) §20.5 动量矩 20.5.1.质点的动量矩 质点的动量对某点之矩 (20.17) 若在点O建立直角坐标系Oxyz,则 x,y,z为质点的坐标, , , 分别为质点的速度 在x,y,z轴上的投影。 x y z m O (20.18) (类比于力对点之矩、力对轴之矩) x y z m O 其中,质点动量对x,y,z轴之矩分别为: (20.18) (20.19) 质点动量对任意 l 轴之矩: 其中O为l 轴上任意一点。 (20.20) l 轴 显然,质点对点的动量矩是一个定位矢量,而质点对轴的动量矩是一个代数量。 当质点作平面运动时,动量对平面内某点O之矩或对Oz轴之矩均为: O h m (20.21) 符号规定: ?为正,?为负 20.5.2. 质点系的动量矩 设质点系中质点 相对于某一固定点O的矢径为 , 动量为 。 x y z O (20.22) 质点系对某固定点O的动量矩 为: 1.质点系对固定点、固定轴的动量矩 质点系对某一固定轴 l 的动量矩 为: (20.23) x y z O l 轴 (20.24) 同理,质点系平面运动时,质点系动量对平面内某点O之矩或对Oz轴之矩均为: O h m 符号规定: ?为正,?为负 2. 质点系对动点的动量矩 设在惯性参考系中有任意一动点A,其速度为 。 固连于动点A建立平移直角坐标系 , (20.25) (20.26) x’ y’ z’ A O x y z 将质点系中各质点的绝对动量 对动点A的矩的矢量和定义为质点系对动点A的绝对动量矩,用 表示,即: 质点系中质点 相对速度 绝对速度 相对矢径 绝对矢径 将质点系中各质点的相对动量 对动点A的矩的矢量和定义为质点系对动点A的相对动量矩,用 表示,即: (20.27) x’ y’ z’ A O x y z 质点系对动点的绝对动量矩和相对动量矩的关系: 将式(20.25)代入式(20.26): x’ y’ z’ A O x y z (20.28) 由质点系质心C相对于动点A 的矢径公式 可得: 故质点系对动点的绝对动量矩和相对动量矩的关系为: 其中 为质点系质心C在动系中的相对坐标, 为动点的绝对速度。 (20.29) 若取动点A为质点系的质心C时, 故: (20.30) 质点系对质心的动量矩,无论是在固定坐标系还是在质心平移坐标系中计算都是相同的。 故质点系对不同的A,O两点的动量矩的关系为: (20.31) 注意 质点系对某点的动量矩不等于质点系动量对该点之矩! 即 (见书上例22.4) 3.对惯性系中不同的A,O两点的动量矩之间关系 类比于力对不同两点的力矩之间的关系, 力对A,O两点之矩关系为 A O 20.5.3 刚体的动量矩 1. 平移刚体的动量矩 当刚体作平移时,建立质心平移坐标系,各质点的相对速度 ,故 (20.32) 平移刚体对任意固定点A的动量矩为: (20.33) 平移刚体对任意确定点A的动量矩等于将平移刚体的质量视为全部集中在质心C上时对点A的动量矩。 O x y z x’ y’ z’ C A 当平移刚体作平面曲线运动时,对该平面内任一点的动量矩可视为代数量 。 h 2. 定轴转动刚体的动量矩 O 在转轴上任取一点O, 建立惯性参考空间中的直角坐标系Oxyz, 使z轴与转轴重合, 则定轴转动刚体的角速度为 设质量为 的微元,相对于点O的矢径为 , 在直角坐标系Oxyz中的坐标为 , 其速度为 定轴转动刚体对定点O的动量矩为 (20.34) (20.34) 故,定轴转动的刚体对转轴上任意点的动量矩矢量一般不沿转轴的方向。 O 特别,当转轴 z 轴为刚体的惯量主轴时,有 动量矩矢量沿转轴方向 也可用代数量表示: 与 转向相同 (20.35) 例如,刚体作平面定轴转动,转轴垂直于刚体的质量对称面时。 3. 一般平面运动刚体的动量矩 建立惯性参考空间中的定系Oxyz和质心平移坐标系 , (20.36) C O z x y z’ x’ y’ 使三对坐标轴分别平行,且使 , 轴垂直于刚体的运动平面,则一般平面运动刚体相对该平移坐标系为绕 轴的定轴转动: 若一般平面运动刚体的运动平面为其质量对称面,则 轴为刚体对点C的惯
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