理论力学思考题(6)

2018-11-23 22:59

A,C正确。 11-10

均不相同。由对定点的动量矩定理判定。

第十二章 动能定理

12-1 摩擦力可能做正功吗?举例说明。

答:可能,如:传送带上加速运动物体,水平方向上仅受到静摩擦力,静摩擦力做正功。 12-2 三个质量相同的质点,同时由点A以大小相同的初?v速度0抛出,但其方向各不相同,如图所示。如不计空气阻力,这三个质点落到水平面 H - H 时,三者的速度大小是否相等? 三者重力的功是否相等?三者重力的冲量是否相等? 答:三者由A处抛出时,其动能与势能是相同的,落到水平面

H - H 时,势能相同,动能必相等,因而其速度值是相等的,重力作功是相等的。然而,三者由抛出到落地的时间间隔各不相同,因而重力的冲量并不相等。

12-3 小球连一不可伸缩的细绳,绳绕于半径为R的圆柱上,如图所示。如小球在光滑面上运动,

?v初始速度0垂直于细绳。问小球在以后的运动中动能不变吗?对圆柱中心轴的动量矩守恒吗? 小球的速度总是与细绳垂直吗?

答:小球运动过程中没有力作功,小球动能不变,速度大小不变,其方向应与细绳垂直,但对z轴的动量矩并不守恒。因为绳拉力对圆柱中心轴z有力矩 总是与细绳垂直。

12-4 甲乙两人重量相同,沿绕过无重滑轮的细绳,由静止起同时向上爬升,如甲比乙更努力上爬,问:(1)谁先到达上端?(2)谁的动能最大?(3)谁作的功多?(4)如何对甲、乙两人分别应用动能定理? 答:由于两人重量相同,因此整个系统对轮心的动量矩守恒;又由于系统初始静止,因此系统在任何时刻对轮心的动量矩都为零。由此可知,两人在任何时刻的速度大小和方向都相同。如果他们初始在同一高度,则同时到达上端。任何时刻两人的动能都相等。由于甲比乙更努力上爬,甲作的功多。

甲和乙的作用力都在细绳上,由于甲更努力上爬,因此甲手中的细绳将向下运动,同时甲向上运动。设乙仅仅是拉住细绳,与绳一起运动,其上升高度为h ,又上爬h,甲肌肉作功为2FTh ,乙作功为

,使小球对z轴的动量矩

减小。小球的速度

零。如果乙也向上爬,相对细绳上爬高度为b,由于甲更努力上爬,有h >b ,甲将细绳拉下h - b ,又上爬h,甲肌肉作功为FT(2h - b) ;乙作功为FTb 。

12-5 试总结质心在质点系动力学中有什么特殊的意义。

答:质心的特殊意义体现在:质心运动定理,平面运动刚体动能的计算,平面运动刚体的运动微分方程等。

12-6 两个均质圆盘,质量相同,半径不同,静止平放于光滑水平面上。如在此二盘上同时作用有相同的力偶,在下述情况下比较二圆盘的动量、动量矩和动能的大小。(1)经过同样的时间间隔:(2)转过同样的角度。

答:(1)动量相同,均为零;动量矩相同;动能不同。 (2)动量相同,均为零;动量矩不同;动能相同。

12-7 质量、半径均相同的均质球、圆柱体、厚圆筒和薄圆筒,同时由静止开始,从同一高度沿完全相同的斜面在重力作用下向下作纯滚动。

(1)由初始至时间t,重力的冲量是否相同? (2)由初始至时间t,重力的功是否相同? (3)到达底部瞬时,动量是否相同? (4)到达底部瞬时,动能是否相同?

(5)到达底部瞬时,对各自质心的动量矩是否相同? 对上面各问题,若认为不相同,则必须将其由大到小排列。

答:(1)重力的冲量不相同,其由大到小依次为薄壁筒、厚壁筒、圆柱、球;

(2)重力的功相同;

(3)动量由大到小依次序与(1)相反;

(4)对各自质心的动量矩由大到小次序与(1)相同。

12-8 在上题中,若从静止开始,各物体沿完全相同的斜面向下作纯滚动,经过完全相同的时间t,试回答上题中提出的五个问题。 答:(1)重力的冲量相同;

(2)重力的功由大到小次序为球、圆柱、厚壁筒、薄壁筒; (3)动量由大到小同次序(2); (4)动能由大到小同次序(2);

(5)对各自质心的动量矩由大到小的次序与(2)相反。

12-9 两个均质圆盘质量相同,A盘半径为R,B盘半径为r,且R>r。两盘由同一时刻,从同一高度无初速的沿完全相同的斜面在重力作用下向下作纯滚动。

(1)哪个圆盘先到达底部?

(2)比较这两个圆盘:

A.由初始至到达底部,哪个圆盘受重力冲量较大? B.到达底部瞬时,哪个动量较大? C.到达底部瞬时,哪个动能较大?

D. 到达底部瞬时,哪个圆盘对质心的动量矩较大? 答:(1)两盘质心同时到达底部。

(2)A.两盘重力冲量相等; B.两盘动量相等;

C.两盘动能相等; D.大盘对质心动量矩较大。

12-10 两个质量、半径都完全相同的均质圆盘A,B,盘A上缠绕无重细绳,在绳端作用力F,轮B在质心处作用力F,两力相等,且都与斜面平行,如图所示。设两轮在力F及重力作用下,无初速从同一高度沿完全相同的斜面向上作纯滚动。问:

(1)若两轮轮心都走过相同的路程s,那么力的功是否相同?两圆盘的动能、动量及对盘心的动量矩是否相同?

(2)若从初始起经过相同的时间t,那么力的功

是否相同?两圆盘的动能、动量及对盘心的动量矩是否相同?

(3)两圆盘哪个先升到斜面顶点? (4)两圆盘与斜面间的摩擦力是否相等?

(5)若两圆盘沿斜面连滚带滑的运动,动滑动摩擦因数皆为f,试回答上面的问题(1)、(2)、(3)、(4)。 (6)若斜面绝对光滑,试回答上面的问题(1)、(2)、(3)、(4)。 答:(1)力的功不同,两盘的动能、动量及对盘心的动量矩都不同;

(2)力的功不同,两盘的动能、动量及对盘心的动量矩也不同; (3)A盘; (4)不等;

(5)当连滚带滑上行时,两轮摩擦力相等,质心加速度相等,但角加速度不等。因而当轮心走过相同路径时,所需时间相同,同时到达顶点。力的功、盘的动能、对盘心的动量矩不等,但动量相等;

(6)当斜面绝对光滑时,结论是(5)的特例,摩擦力为零。

12-11 无重细绳OA一端固定于O点,另一端系一质量为m的小球A(小球尺寸不计),在光滑的水平面内绕O点运动(O点也在此平面上)。该平面上另一点O1是一销钉(尺寸不计),当绳碰到O1后,A球即绕O1转动,如图所示。问:在绳碰到O1点前后瞬间下述各说法对吗?

A.球A对O点的动量矩守恒; B.球A对O1点的动量矩守恒; C.绳索张力不变;

D.球A的动能不变。 答:A错;B错;C错;D对。

第十三章 达朗贝尔原理

13-1 应用动静法时,对静止的质点是否需要加惯性力?对运动着的质点是否都需要加惯性力? 答:惯性力与加速度有关,对静止与运动的质点,要看其有没有加速度。

13-2 质点在空中运动,只受到重力作用,当质点作自由落体运动、质点被上抛、质点从楼顶水平弹出时,质点惯性力的大小和方向是否相同? 答:相同。

13-3 如图所示,均质滑轮对轴O的转动惯量为JO,重物质量为m,拉力为F,绳与轮间不打滑。当重物以等速度v上升和下降、以加速度a上升和下降时,轮两边绳的拉力是否相同? 答:相同;不相同。

13-4 如图所示的平面机构中,AC∥BD,且AC= BD =a ,均质杆AB

的质量为m,长为l。问杆AB作何种运动?其惯性力系简化结果是什么?若杆AB是非均质杆又如何?

答:平移;惯性力系向质点简化,为通过质心的一个力,也可用两个分力表示,大小与方向,略;在此种情况下,惯性力与杆是不是均质杆无关。

13-5 任意形状的均质等厚薄板,垂直于板面的轴都是惯性主轴,对吗?不与板面垂直的轴都不是惯性主轴,对吗? 答:对;不对。

13-6 如图所示,不计质量的轴上用不计质量的细杆固连着几个质量均等于m的小球,当轴以匀角速度?转动时,图示各种情况中哪些满足动平衡?哪些只满足静平衡?哪些都不满足?

答:图a满足动平衡;图c、d既不满足静平衡,又不满足动平衡。

第十四章 虚位移原理

14-1 如图所示机构处于静止平衡状态,图中所给虚位移有无错误?如有错误,应如何改正?

答:(a) 若认为B处虚位移正确,则A、C处虚位移有错:A处位移应垂直于O1A 向左上方,C处虚位移应垂直向下;若认为C处虚位移正确,则B、A处虚位移有错:B处虚位移应反向,A处虚位移应垂直于O1A向右下方;C处虚位移可沿力的作用线,A处虚位移不能沿力的作用线。

(b) B、C、D三处的虚位移均有错,此种情况下虚位移均不能沿力的作用线。杆AB、DE若运动应作定轴转动,B、D点的虚位移应分别垂直于杆AB、DE;杆BC、CD作平面运动,应按刚体平面运动的方法确定点C的虚位移。

14-2 对如图所示机构,你能用哪些不同的方法确定虚位移δθ与力F作用点A的虚位移的关系?

答:(a)可用几何法,虚速度法与坐标(解析)法,对此例几何法与虚速度法比坐标(解析)法简单,几何法与虚速度法难易程度相同;(b)可用几何法,虚速度法与坐标(解析)法,几何法与虚速度法相似,比较简单,用坐标法也不难,但要注意δθ的正负号;(c)同(b);(d)用几何法或虚速度法比较简单,可以用坐标法,但比较难;(e)同(d)。

14-3 如图所示的平面平衡系统,(1)若对整体列平衡方程时,是否需要计入弹簧内力?(2)用虚位原理求力F1 和力F2之间的关系时,是否需计入弹簧力的虚功?

答:(1)不需要;(2)需要,内力投影,取矩之和为零,但内力作功之和可以不为零。

14-4 如图所示,物块A在重力、弹性力和摩擦力作用下平衡,设给物块A一水平向右的虚位移,弹性力的虚功如何计算?摩擦力在此虚位移中作正功还是作负功?

答:弹性力作功可用坐标法计算,也可用弹性力作功公式略去高阶小量计算;摩擦力在此虚位移中作正功。

14-5 用虚位移原理可以推出作用在刚体上的平面力系的平衡方程,试推导之。

答:在平面力系所在的刚体平面内建立一任意的平面直角坐标系,在此刚体平面内任选一点作为基点,写出此平面图形的运动方程。设任一力 的作用点为(xi , yi ),且把此坐标以平面图形运动方程表示,设此点产生虚位移,把力 投影到坐标轴上,且写出此点直角坐标的变分,用解析法形式的虚位移表达式,把力的投影与直角坐标变分代入,运算整理之后便可得。

也可以在平面力系所在的刚体平面内任选一点O(简化中心),把平面力系向此点简化得一主矢与主矩,把主矢以

表示,分别给刚体以虚位移 ,由虚位移原理也可得平衡方程。


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