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[理学]理论力学12动量矩定理
开普勒第二定律 作业 P279 12-2;3;6;14;16;23; ? ? ? 立 方 体 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 矩 形 薄 板 ? ? ? ? ? 转动惯量的计算: (1)简单—查表 (2)规则形状组合—叠加 (3)形状复杂—实验 §12-5 质点系相对于质心的动量矩定理 刚体平面运动微分方程 一.质点系动量矩 二.质点系相对质心的动量矩定理 写成投影形式 或 上式称为平面运动微分方程。 三.刚体平面运动微分方程 例P276 半径为r、质量为m的均质圆轮沿水平直线纯滚动,如图所示。设轮的回转半径为rC,作用于圆轮上的力矩为M,圆轮与地面间的静摩擦系数为f。求(1)轮心的加速度;(2)地面对圆轮的约束力;(3)在不滑动的条件下力矩M的最大值。 解: 欲使圆轮只滚动而不滑动 根据平面运动刚体的微分方程,有: y 例 P283 均质细杆AB,长l,重,两端分别沿铅垂墙和水平面滑动,不计摩擦,如图所示。若杆在铅垂位置受干扰后,由静止状态沿铅垂面滑下,求杆在任意位置的角加速度(q的函数)。 解:1、杆在任意位置的受力图如图所示。 2、分析杆质心的运动,如图所示质 心的坐标为 3.列写杆的平面运动微分方程 4.求解微分方程 联立上面3个微分方程,有: 若还要求解任一瞬时的角速度,则可进一步积分: 本章小结 1.质系动量矩 质系对于某轴 2.质系动量矩定理 3.刚体绕定轴转动微分方程 4.质系相对质心动量矩定理 5.刚体平面运动微分方程 * * * * * * ? ? 几个有意义的实际问题 谁最先到 达顶点 ? ? 几个有意义的实际问题 直升飞机如果 没有尾翼将发生 什么现象 §12–1 动量矩 §12–2 动量矩定理 §12–3 刚体定轴转动微分方程 §12–4 刚体对轴的转动惯量 §12–5 质点系相对于质心的动量矩定理 · 刚体平面运动微分方程 习题课 第十二章 动量矩定理 §12-1 动量矩 一.质点的动量矩 质点对点O的动量矩: 矢量 质点对轴 z 的动量矩: 代数量 二.质点系的动量矩 质系对点O动量矩: 质系对轴z 动量矩: 刚体动量矩计算: 1.平动刚体 2.定轴转动刚体 §12-2 动量矩定理 一.质点的动量矩定理 投影 质点对固定轴的动量矩定理, 称为质点的动量矩守恒。 若 则 常矢量 运动分析: 。 由动量矩定理 即 微幅摆动时, 并令 ,则 解微分方程,并代入初始条件 则运动方程 ,摆动周期 解:将小球视为质点。 受力分析;受力图如图示。 [例] P266 单摆 已知m,l,t =0时?= ?0,从静止开始释放。 求单摆的运动规律。 注:计算动量矩与力矩时,符号规定应一致(本题规定逆时针转向为正) 质点动量矩定理的应用: ?在质点受有心力的作用时。 ?质点绕某心(轴)转动的问题。 二.质点系的动量矩定理 一质点系对固定点的动量矩定理 质点系的动量矩守恒 ?当 时, 常矢量。 ?当 时, 常量。 动量矩守恒吗 思考: 1 坐在转椅上(双脚离地)或摇篮内的小孩,是否可用双手将转椅转动? 2 花样滑冰的运动员通过手臂的伸长和收拢改变旋转的速度,说明此道理. 例 图示卷扬机鼓轮质量为m1,半径为r,可绕过鼓 轮中心O的水平轴转动。鼓轮上绕一绳,绳的一端 悬挂一质量为m2的重物。鼓轮视为匀质,并令其对O轴的转动惯量为JO。今在鼓轮上作用一不变力 矩M,试求重物上升的加速度。 解:研究质点系----鼓轮与重物 ? O M m2g v m1g Fox Foy 系统对O轴的动量矩: 由动量矩定理 解得 ? O M m2g v m1g Fox Foy 代入数据得: §12-3 刚体定轴转动微分方程 对于一个定轴转动刚体 代入质点系动量矩定理,有 —刚体定轴转动微分方程 §12-4 刚体对轴的转动惯量 一.定义: 若刚体的质量是连续分布,则 1.积分法 [例1] 匀质细直杆长为l ,质量为m 。 求:?对z轴的转动惯量 ; ?对z 轴的转动惯量 。 二.转动惯量的计算 解: 2. 惯性半径 (或回转半径) 在工程中,常将转动惯量表示为 ——
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