《理論力學(xué)》第七章點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)習(xí)題解.doc
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第七章 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)習(xí)題解析 [習(xí)題7-1] 汽車A以沿直線道路行駛,汽車B以沿另一叉道行駛。求在B車上觀察到的A車的速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A車。 動(dòng)系:固連于B車的坐標(biāo)系。 靜系:固連地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)運(yùn)動(dòng):動(dòng)點(diǎn)A相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)。 相對(duì)運(yùn)動(dòng):動(dòng)點(diǎn)A相對(duì)于B車的運(yùn)動(dòng)。 牽連運(yùn)動(dòng):在動(dòng)系中,動(dòng)點(diǎn)與動(dòng)系的重合點(diǎn), 即牽連點(diǎn)相對(duì)于靜系(地面)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)A、 B兩車相遇時(shí),即它們之間的距離趨近于0時(shí), A、B相重合,B車相對(duì)于地面的速度就是 牽連速度。。由速度合成定理得: 。用作圖法求得: ?。ā? 故,B車上的人觀察到A車的速度為,方向如圖所示。 [習(xí)題7-2] 由西向東流的河,寬1000m,流速為0.5m/s,小船自南岸某點(diǎn)出發(fā)渡至北岸,設(shè)小船相對(duì)于水流的劃速為1m/s。問:(1)若劃速保持與河岸垂直,船在北岸的何處靠岸?渡河時(shí)間需多久?(2)若欲使船在北岸上正對(duì)出發(fā)點(diǎn)處靠岸,劃船時(shí)應(yīng)取什么方向?渡河時(shí)間需多久? 解:(1) 動(dòng)點(diǎn):船。 動(dòng)系:固連在流水上。 靜系:固連在岸上。 絕對(duì)運(yùn)動(dòng):岸上的人看到的船的運(yùn)動(dòng)。 相對(duì)運(yùn)動(dòng):船上的有看到的船的運(yùn)動(dòng)。 牽連運(yùn)動(dòng):與船相重合的水體的運(yùn)動(dòng)。 絕對(duì)速度:未知待求,如圖所示的。 相對(duì)速度:,方向如圖所示。 牽連速度:,方向如圖所示。 由速度合成定理得: ,即,船將在北岸下流500m處靠岸。如圖所示,A為出發(fā)點(diǎn),B為靠岸點(diǎn)。 渡河所花的時(shí)間: (2) 即船頭對(duì)準(zhǔn)方向?yàn)楸逼? 渡河所花的時(shí)間: [習(xí)題7-3] 播種機(jī)以勻速率直線前進(jìn)。種子脫離輸種管時(shí)具有相對(duì)于輸種管的速度。求此時(shí)種子相對(duì)于地面的速度,及落至地面上的位置與離開輸種管時(shí)的位置之間水平距離。 解: 動(dòng)點(diǎn):種子。 動(dòng)系:固連于輸種管的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:種子相對(duì)于地面的速度,未知待求。 相對(duì)速度: 牽連速度: 即與之間的夾角為。 種子走過的水平距離為: [習(xí)題7-4] 砂石料從傳送帶A落到另一傳送帶B的絕對(duì)速度為,其方向與鉛直線成角。設(shè)傳送帶B與水平面成角,其速度為,求此時(shí)砂石料對(duì)于傳送帶B的相對(duì)速度。又當(dāng)傳送帶B的速度多大時(shí),砂石料的相對(duì)速度才能與B帶垂直。 解: 動(dòng)點(diǎn):砂石料。 動(dòng)系:固連于傳送帶B的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:砂石料相對(duì)于地面的速度,。 相對(duì)速度:砂石料相對(duì)于傳送帶B的速度,待求。 牽連速度:傳送帶B相對(duì)于地面的速度: 當(dāng)時(shí),傳送帶B的速度為: [習(xí)題7-5] 三角形凸輪沿水平方向運(yùn)動(dòng),其斜邊與水平線成角。桿AB的A端擱置在斜面上,另一端B在氣缸內(nèi)滑動(dòng),如某瞬時(shí)凸輪以速度向右運(yùn)動(dòng),求活塞B的速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A。 動(dòng)系:固連于凸輪上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:A相對(duì)于地面的速度,待求。 相對(duì)速度:A相對(duì)于凸輪的速度。 牽連速度:凸輪相對(duì)于地面的速度。 因?yàn)闂UAB作上下平動(dòng),故活塞B的速度為: [習(xí)題7-6] 圖示一曲柄滑道機(jī)構(gòu),長的曲柄,以勻角速度繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)。裝在水平桿CB上的滑槽DE與水平線成角。求當(dāng)曲柄與水平線的夾角分別為、、時(shí),桿BC的速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A。 動(dòng)系:固連于CBDE上的坐標(biāo)系。 動(dòng)系平動(dòng), 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:A相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:A相對(duì)于DE的速度。 牽連速度:CBDE相對(duì)于地面的速度。 負(fù)號(hào)表示此時(shí)速度方向與圖示方向相反,即向左。 ,此時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變方向。 ,向右。 [習(xí)題7-7] 搖桿OC帶動(dòng)齒條AB上下移動(dòng),齒條又帶動(dòng)直徑為100mm的齒輪繞O1軸擺動(dòng)。在圖所示瞬時(shí),OC之角速度ω0=0.5rad/s,求這時(shí)齒輪的角速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):C。 動(dòng)系:固連于OC桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:C相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:C相對(duì)于OC桿的速度。 牽連速度:OC桿相對(duì)于地面的速度。 即齒輪的角速度為 [習(xí)題7-8] 搖桿滑道機(jī)構(gòu)的曲柄OA長,以勻角速度ω0繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)。已知在圖所示位置 OA⊥OO1,,求該瞬時(shí)BC桿的速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A。 動(dòng)系:固連于桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:A相對(duì)于地面的速度,。 相對(duì)速度:A相對(duì)于桿的速度。 牽連速度:桿相對(duì)于地面的速度。 動(dòng)點(diǎn):B。 動(dòng)系:固連于桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:B相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:B相對(duì)于桿的速度。 牽連速度:桿相對(duì)于地面的速度。 BC作平動(dòng),故 [習(xí)題7-9] 一外形為半圓弧的凸輪A,半徑r=300mm,沿水平方向向右作勻加速運(yùn)動(dòng),其加速度aA=800mm/s2。凸輪推動(dòng)直桿BC沿鉛直導(dǎo)槽上下運(yùn)動(dòng)。設(shè)在圖所示瞬時(shí),vA=600mm/s,求桿BC的速度及加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):B。 動(dòng)系:固連于凸輪A上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:B相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:B相對(duì)于凸輪的速度。 牽連速度:B相對(duì)于凸輪的速度。 凸輪在水平面上作平動(dòng),BC在鉛垂方向上作平動(dòng)。 上式在軸上的投影為: ,負(fù)號(hào)表示方向向下。 [習(xí)題7-10] 鉸接四邊形機(jī)構(gòu)中的O1A=O2B=100mm,O1O2=AB,桿O1A以等角速度ω=2rad/s繞O1軸轉(zhuǎn)動(dòng)。AB桿上有一套筒C,此筒與CD桿相鉸接,機(jī)構(gòu)各部件都在同一鉛直面內(nèi)。求當(dāng)φ=60時(shí)CD桿的速度和加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):C。 動(dòng)系:固連于AB桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:C相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:C相對(duì)于AB桿的速度。 牽連速度:AB桿相對(duì)于地面的速度。 [習(xí)題7-11] 具有圓弧形滑道的曲柄滑道機(jī)構(gòu),用來使滑道CD獲得間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若已知曲柄OA作勻速轉(zhuǎn)動(dòng),其轉(zhuǎn)速為ω=4πrad/s,又R=OA=100mm,求當(dāng)曲柄與水平軸成角φ=30時(shí)滑道CD的速度及加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A。 動(dòng)系:固連于滑道CD上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:A相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:A相對(duì)于滑道CD的速度。 牽連速度:滑道CD相對(duì)于地面的速度。 加速度在方向的投影: [習(xí)題7-12] 銷釘M可同時(shí)在槽AB,CD內(nèi)滑動(dòng)。已知某瞬時(shí)桿AB沿水平方向移動(dòng)的速度 v1=80mm/s,加速度a1=10mm/s2;桿CD沿鉛直方向移動(dòng)的速度v2=60mm/s,加速度a2=20mm/s2。求該瞬時(shí)銷釘M的速度及加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于AB上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于AB的速度。 牽連速度:AB相對(duì)于地面的速度。 [習(xí)題7-13] 水力采煤用的水槍可繞鉛直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在某瞬時(shí)角速度為ω,角加速度為零。設(shè)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸相距r處的水點(diǎn)該瞬時(shí)具有相對(duì)于水槍的速度v1及加速度a1,求該水點(diǎn)的絕對(duì)速度及絕對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):水點(diǎn)。 動(dòng)系:固連于水槍上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:水點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:水點(diǎn)相對(duì)于水槍的速度。 牽連速度:水槍上與水點(diǎn)相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 [習(xí)題7-14] 半徑為r的圓盤可繞垂直于盤面且通過盤心O的鉛直軸z轉(zhuǎn)動(dòng)。一小球M懸掛于盤邊緣的上方。設(shè)在圖示瞬時(shí)圓盤的角速度及角加速度分別為ω及α,若以圓盤為動(dòng)參考系,試求該瞬時(shí)小球的科氏加速度及相對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):小球M。 動(dòng)系:固連于圓盤上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:小球M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:小球M相對(duì)于圓盤的速度。 牽連速度:圓盤上與小球M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 ,方向如圖所示。 [習(xí)題7-15] 一半徑r=200mm的圓盤,繞通過A點(diǎn)垂直于圖平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。物塊M以勻速率vr=400mm/s沿圓盤邊緣運(yùn)動(dòng)。在圖示位置,圓盤的角速度ω=2rad/s,角加速度α=4rad/s2,求物塊M的絕對(duì)速度和絕對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):物塊M。 動(dòng)系:固連于圓盤上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:物塊M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:物塊M相對(duì)于圓盤的速度。 牽連速度:圓盤上與物塊M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 [習(xí)題7-16] 大圓環(huán)固定不動(dòng),其半徑R=0.5m,小圓環(huán)M套在桿AB及大圓環(huán)上,如圖所示。當(dāng)θ=30時(shí),AB桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=2rad/s,角加速度α=2rad/s2,試求該瞬時(shí):(1)M沿大圓環(huán)滑動(dòng)的速度;(2)M沿AB桿滑動(dòng)的速度;(3)M的絕對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):小圓環(huán)M。 動(dòng)系:固連于AB桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:小圓環(huán)M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:小圓環(huán)M相對(duì)于AB桿的速度。 牽連速度:AB桿上與小圓環(huán)M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 (M沿大圓環(huán)滑動(dòng)的速度) (M沿AB桿滑動(dòng)的速度) 如圖所示,在方向上的投影為: ?。ǎ偷慕^對(duì)加速度)。 ,如圖所示。 [習(xí)題1-17] 曲柄OA,長為2r,繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng);圓盤半徑為r,繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。已知,在圖示位置,曲柄OA的角速度,角加速度,圓盤相對(duì)于OA的角速度,角加速度。求圓盤上M點(diǎn)和N點(diǎn)的絕對(duì)速度和絕對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M、N。 動(dòng)系:固連于OA桿上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M、N相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M、N相對(duì)于OA桿的速度。 牽連速度:OA桿(包括其延長線)上與M、N相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 M點(diǎn)的速度: (方向與相同) M點(diǎn)的加速度: N點(diǎn)的速度: N點(diǎn)的加速度: [習(xí)題1-18] 在圖示機(jī)構(gòu)中, 已知AA′=BB′=r=0.25m, 且AB=A′B′。連桿AA′以勻角速度ω=2rad/s繞A′轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)θ=60時(shí),槽桿CE位置鉛直。求此時(shí)CE的角速度及角加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):D。 動(dòng)系:固連CE上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:D相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:D相對(duì)于CE桿的速度。 牽連速度:CE桿上與D相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 在方向的投影為: [習(xí)題1-19] 銷釘M可同時(shí)在AB、CD兩滑道內(nèi)運(yùn)動(dòng), CD為一圓弧形滑槽,隨同板以勻角速繞O轉(zhuǎn)動(dòng);在圖示瞬時(shí),T字桿平移的速度,加速度。試求該瞬時(shí)銷釘M對(duì)板的速度與加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于T形板上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于T形板的速度。 牽連速度:T形板上與M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 (相對(duì)于AB) (相對(duì)于AB) 若取 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于方形板上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于方形板的速度。 牽連速度:方形板上與M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 則: 銷釘相對(duì)于CD滑槽(方形板)的速度: 在方向上的投影為: [習(xí)題1-20] 已知點(diǎn)M在動(dòng)坐標(biāo)系平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方程為,,與(軸與軸保持平行)的夾角,點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為,。試用建立運(yùn)動(dòng)方程式及合成運(yùn)動(dòng)兩種方法求點(diǎn)M的速度。 解: 方法一:建立運(yùn)動(dòng)方程法。 對(duì)于靜坐標(biāo)系而言,動(dòng)點(diǎn)M的坐標(biāo)為: 方法二:合成運(yùn)動(dòng)法。 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系: 靜系:。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于坐標(biāo)系的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于坐標(biāo)系的速度。 牽連速度:上與M相重點(diǎn)相對(duì)于的速度。 牽連速度的水平分量: 牽連速度的豎直分量: M點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)的橫坐標(biāo)為: 相對(duì)速度的水平分量為: M點(diǎn)速度的水平分量: M點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)的縱坐標(biāo)為: 相對(duì)速度的豎直分量為: M點(diǎn)速度的豎直分量: [習(xí)題7-21] 板ABCD繞z軸以ω=0.5t(其中ω以rad/s計(jì),t以s計(jì))的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng),小球M在半徑r=100mm的圓弧槽內(nèi)相對(duì)于板按規(guī)律s=50πt/3(s以mm計(jì),t以s計(jì))運(yùn)動(dòng),求t=2s時(shí),小球M的速度與加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于板ABCD上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于板ABCD的速度。 牽連速度:板ABCD上與M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 小球繞CD中點(diǎn)在圓弧槽滑動(dòng)的角速度為: ,。 [習(xí)題7-22] 半徑為r的空心圓環(huán)剛連在AB軸上,AB的軸線在圓環(huán)軸線平面內(nèi)。圓環(huán)內(nèi)充滿液體,并依箭頭方向以勻相對(duì)速度u在環(huán)內(nèi)流動(dòng)。AB軸作順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)(從A向B看),其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω為常數(shù),求M點(diǎn)處液體分子的絕對(duì)加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于空心圓環(huán)上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于空心圓環(huán)的速度。 牽連速度:空心圓環(huán)上與M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 ; ; 。 [習(xí)題7-23] 瓦特離心調(diào)速器在某瞬時(shí)以角速度、角加速度繞其鉛直軸轉(zhuǎn)動(dòng),與此同時(shí)懸掛重球A,B的桿子以角速度、角加速度繞懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),使重球向外分開。設(shè),懸掛點(diǎn)間的距離,調(diào)速器的張角,球的大小略去不計(jì),作為質(zhì)點(diǎn)看待,求重球A的絕對(duì)速度和加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):A。 動(dòng)系:固連于瓦特離心器上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:A相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:A相對(duì)于瓦特離心器的速度。 牽連速度:瓦特離心器上與A相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。 。 [習(xí)題7-24] 套筒M套在桿OA上,以沿桿軸線運(yùn)動(dòng),以計(jì),以計(jì)。桿OA繞軸以的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),并與軸的夾角保持為。求時(shí),M的速度及加速度。 解: 動(dòng)點(diǎn):M。 動(dòng)系:固連于OA上的坐標(biāo)系。 靜系:固連于地面的坐標(biāo)系。 絕對(duì)速度:M相對(duì)于地面的速度。 相對(duì)速度:M相對(duì)于OA的速度。 牽連速度:OA上與M相重點(diǎn)相對(duì)于地面的速度。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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