?m(?a)?FTcos??FNsin? ??0?FTsin??FNcos??mg求解上面的方程组,得:
?31F?mgcos??masin??6?9.8??6??9.8?0.5?60.72N??N23 ??F?mg?FNcos??6?9.8?60.72?0.866?12.43NT?sin?0.5?(2)当绳子拉力为零时,即:mg?FNcos??0,将上面的结果代入,得:
(mgcos??masin?)cos??mg,解方程,得此时斜面的加速度为: g(1?cos2?)g?0.53a???g?0.577g
sin??cos?332
习题8-5 物块A、B的质量分别为m1=20kg和m2=40kg,用弹簧相连,如图所示。物块
A沿铅垂线以y?Hcos2?t作简谐运动,式中振幅H=l0mm,周期T=0.25s。弹簧的质量T略去不计。求水平面所受压力的最大值和最小值。 【解答】:
(1)分别画出A、B两个物块的受力图
?(2)物块A受弹簧的作用力FNA大小和
方向周期性变化,因此其加速度也随时间 而变化,写出质点运动微分方程:
d2y2?mA2?FNA?mAg,将y?Hcost代入,得:
dtTFNAd2y4?22??mA2?mAg?mAg?mAH?2cos(t)(1)
dtTT(3)物块B受到弹簧作用力,自身重力和地面支持力,在地面保持静止(弹簧作用力向下或弹簧作用力虽然向上,但小于物块B的重力时);或者向上作加速运动(弹簧作用力向上且超过物块B的重力时)。 按平衡条件列方程,得:
FNB?mBg?FNA?0,得地面支持力为:
FNB?mBg?FNA当cos(4?22??mBg?mAg?mA?H?2cos(t)
TT2?t)??1时,地面支持力达到最大,其值为: T4?2?40?9.8?20?9.8?20?0.01??714.33N 20.25FNBmax当cos(2?t)?1时,地面支持力达到最小,其值为: T4?2?40?9.8?20?9.8?20?0.01??461.67N
0.252FNBmin因为地面支持力最小值大于零,因此物块B始终静止在地面上。
根据作用与反作用定律,物块B对地面压力的最大值为714.33N,最小值为461.67N。
习题8-9 已知物体的质量为m,自高度h处以速度v0水平抛出,空气阻力可视为与速度
的一次方成正比,即F= ?kmv,式中k为比例常数,m为物体的质量,v为物体速度。求物体的运动方程和轨迹。 【解答】:(1)画出物体在任意位置的受力图 物体受自身重力和空气阻力,在水平方向和 竖直方向均做变速运动。
(2)写出质点运动微分方程:
?d2xm??kmvx??dt2 ?2?mdy?mg?kmvy??dt2d2xdvxd2ydvy根据2?,2?,得到如下微分方程:
dtdtdtdt?dvxm??kmvx??dt,约去质量m,并分离变量求解,考虑运动初始条件: ??mdvy?mg?kmvy??dtt?0,vx?v0,vy?0,得运动方程为: v0??ktx?(1?e)??k ?gg?y?h?t?(1?e?kt)?kk2?消去参数t,得轨迹方程为:
y?h?v0ggx。 ln?k2v0?kxkv0
习题8-10 桥式起重机下挂着重物M,吊索长l,开始起重机和重物都处于静止状态,如图所示。若起重机以匀加速a作直线运动,求重物的相对速度与其摆角θ的关系。 【解答】:研究重物M,其加速度矢量图如图示,由加速度合成定理:
????aa?ae?arn?arτ
由牛顿第二定律得:
?????m?ae?arn?ar??F ?在切线?方向投影得:
?maecos??marτ??mgsin?
其中ae=a,则得:ar?acos??gsin?
τarτ?dvrdvrd?vrdvr ??dtd?dtld?vrdvr?acos??gsin? ld?代入上式
整理并写成积分式
?vr0vrdvr??l(acos??gsin?)d?
0?两边同时积分可解得
vr?2l?asin??g(1?cos??
习题10-3 试求图中各质点系的动量。各物体都是均质物体。
习题10-13 如图所示质量为l00kg的车在光滑的直线轨道上以1m/s的速度匀速运动。今
有一质量为50kg的人从高处跳到车上,其速度为2m/s,与水平面成60°角。随后此人又从车上向后跳下,他跳离车子后相对车子的速度为vr?1m/s,方向与水平成30°角,求人跳离车子后的车速。
习题10-21 匀质杆AB长2l,B端放置在光滑水平面上。杆在如图所示位置自由倒下,试求A点的轨迹方程。
习题11-1 如图所示均质细杆OA的质量为m,长为l,绕定轴Oz以匀角速转动。设杆与Oz轴夹角为α,求当杆运动到Oyz平面内的瞬时,对轴x、y、z及O点的动量矩。
习题11-4
在绞车主动轴上,作用一不变力偶矩M以提升一重为FP的物体,如图所示。
已知:主动轴及从动轴连同各轴上的齿轮、鼓轮等部件对轴的转动惯量分别为I1及I2;传速比?1:?2?i,吊索绕在半径为R的鼓轮上。不计轴承摩擦及吊索质量,求重物A的加速度。
习题11-6
如图所示,为求半径R=50cm的飞轮A对于通过其质心轴的转动惯量,在飞轮
上绕以细绳,绳的末端系一重FP1?80N的重锤,重锤自高度h=2m处落下,测得落下时间为t=16s。为消去轴承摩擦的影响,再用FP2?40N的重锤作第二次试验,此重锤从同一高度落下的时间t=25s。假定摩擦力矩为一常数,且与重锤的重量无关,求飞轮的转动惯量和轴承的摩擦力矩。