理论力学选解3(5)

2019-04-14 10:40

14-6质量5kg的滑块可沿铅垂导杆滑动,同时系在绕过滑轮的绳的一端。绳的

另一端使力F=300N,使滑块由图示位置自静止开始运动。不记滑轮尺寸,求下列两种情况下滑块到B点时的速度:(1)不记导杆摩擦;(2)滑块与导杆间的动擦系数f=0.10。

A 0.3mB 0.4m F N θ A Ff G B x T

解:以滑块为研究质点,其受力分析如图,应用动能定理。

(1) 不计Ff时

dw?(Tcosθ?G)?dx0.4?xctgθ?0.3?W??0(T?cos?G)dx

动能的变化量为:

0.41122ΔT?mVA?mVB?W22VA?02?VB?2m??0(T?cos?G)dx0.4?VB?4.02m/s(2) 计Ff时

dw??(Tcosθ?G)?Ff??dx??(Tcosθ?G)?Tfsinθ??dx2VB?2m??0(T?cos?G?Tfsinθ)dx0.4?VB?3.49m/s

14-8 滑轮重Q、半径为R,对转轴O的回转半径为ρ,一绳绕在滑轮上,绳的另一端系一重P的物体A,滑轮上作用一不变转矩M,使系统由静止而运动;不记绳的质量,求重物上升距离为s时的速度及加速度。

M M Y ω X Q A v A

解:以重物与滑块为研究质点系,受力如图示。设重物上升距离为s时的速度为

v. 初始

T1?0

终了

P2J02PQ22T2?V?ω?(?ρ)V22g22g2gR

作功

W?M?应用动能定理,

s?P?sR

W?T2?T1PQ2?ρ)212g2gR?2?sVM??P?sRM?PRV?2gs2QρP?2RM?PdVa??Rg2QρdtP?2R

(注意:

14-12 图示滑道连杆机构,位于水平面内。曲柄长r,对转轴的转动惯量为J,

滑道连杆重P,连杆与导轨间的摩擦力可认为等于常值F;滑块A的质量不记。今在曲柄上作用一不变转矩M,初瞬时系统处于静止,且∠AOB=Ф0,求曲柄转一周后的角速度。 A M CXC ФO 0

B V?dsdt

解:以曲柄与连杆为研究质点系,受主动力如图示(重力垂直纸面)。

初始

T1?0

转一周后

1PT2?Jω2?(ω?r?sin2g作功

0)

W?2π?M?4r?F

应用动能定理

W?T2?T1?ω?2g2πM?4rFJg?Pr2sin2φ0

14-13 图示滑道连杆机构,位于水平面内。曲柄重P、长为r,连杆重Q、长为l,

滑块重G,曲柄及连杆可视为匀质细长杆。今在曲柄上作用一不变转矩M,当∠BOA=900时A点的速度为u,求当曲柄转至水平位置时A点的速度。

A

u

MQ B

O

解:以曲柄与连杆、滑块为研究质点系,受主动力如图示(重力垂直纸面)。设

曲柄转至水平位置时,A点速度为V. 初始:

Pr2u2Q2G2T1??()?u?u24gr2g2g

终了

Pr2V2Ql2V2T2??()??()24gr24gr

应用动能定理,(机构处于水平面内,重力不作功)

?T2?T1?W?π?M2

3Mgπ?(P?3Q?3G)u2?VA?P?Q

14-14 图示行星齿轮机构位于水平面内。动齿轮A重P、长为r,可视为匀质圆

盘;系杆重Q,可视为匀质细长杆;定齿轮半径为R。今在曲柄上作用一不变转矩M使轮系由静止而运动,求系杆的角速度与其转角φ的关系。

r

A

M

O φ

R

解:以动齿轮与杆系为研究质点系,受主动力如图示(重力垂直纸面)。设瞬时

系杆的角速度为ω。 初始:

T1?0

终了:

P1?P2??ω?(R?r)?22T2?(R?r)?ω??JA?r????24g2?g??r?主动力的全功:

2

W?M?φ

应用动能定理:

?T2?T1?W23Mg?ω?R?r9P?2Q

14-15 匀质细杆重Q、长为l,上端B靠在光滑的墙上,下端A以铰链和一匀质

圆柱的中心相连。圆柱重P、半径为R,放在粗糙的地面上,从图示位置(θ=45)由静止开始作纯滚动。求A点在初瞬时的加速度。

NB

B B C A A θ Φ Q P F

NA

解:以圆柱与细杆为研究质点系。圆柱作纯滚动,可忽略滚动摩擦力偶的影响,

只有重力Q作功;细杆作平面运动。受力分析如图,C为AB的瞬心,设A点的瞬时速度为V,Φ为圆柱转动的角度。 初始:

T1?0

终了:

T2?主动力的全功:

P2JAV2JCV2V??()??()2g2R2l?sinθ lsin450lsinθW?Q(?)22

应用动能定理。

W?T2?T10Ql(sin45?sinθ)?V2?JCPJA?2?22gRlsinθdV?aA?dt

注意:

初瞬时,θ=450,Φ=0,代入加速度公式可得:

dθVdφV?,?dtl?sinθdtR

aA?3Qg9P?4Q


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