第15章 动静法.pptVIP

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第15章 动静法

§15-1 关于惯性力的概念; 本章介绍动力学问题的另一个重要解决方法——动静法,即引入关于惯性力的概念后, 把动力学问题从形式上转化为静力学问题,并利用静力学中研究平衡问题的方法来求解。即引入惯性力,把动力学方程写成平衡方程的形式,实质仍是动力学问题。;§15-1 关于惯性力的概念;注意:质点实际并未处于平衡状态。;例题 15-1;解:选单摆的摆锤为研究对象 虚加惯性力 ;;由于质点系的内力总是成对存在,且等值、反向、共线,有;上式表明,作用于质点系上的所有外力与虚加在每个质点上的惯性力组成平衡力系,以便用静力学方法来解决质点系动力学问题,这种方法称为质点系的动静法。对整个质点系来说,动静法给出的平衡方程,只是质点系的惯性力系与其外力系的平衡,而与内力无关。;对于平面任意力系:; 对质点系应用动静法,每个质点上虚加惯性力,给求解质点系包括刚体动力学问题,带来困难。有必要利用静力学的力系简化理论,将惯性力系简化,求出惯性力系的主矢和主矩,以等效地代替原来的惯性力系。此外,刚体平动、定轴转动和平面运动时,其上各点的运动有一定的联系,也有可能将惯性力系进行简化。这样会给解题带来方便。; 该式对任何质点系做任意运动都成立,当然适用于做平动、定轴转动与平面运动的刚体。主矢的大小和方向与简化中心的位置无关,主矩一般与简化中心的位置有关,下面对刚体作平动、定轴转动、平面运动时的惯性力系简化的主矩进行讨论。;1. 刚体作平动(平移);2. 定轴转动刚体;(15-7);综上所述,惯性力系向转轴上一点O简化的主矩为;结论: 当刚体有质量对称平面且绕垂 直于此对称平面的轴作定轴转动时, 惯性力系向转轴简化为此对称平面 内的一个力和一个力偶,这个力等 于刚体质量与质心的加速度的乘积, 方向与加速度方向相反,作用线通过转轴;这个力偶的矩等于刚体对转轴的转动惯量与角加速度的乘积,转向与角加速度相反。;讨论: (1)刚体作匀速转动,转轴不通过质心C 。;讨论:;讨论:; 工程中的刚体常具有质量对称平面,且在平行于该平面的平面运动,则刚体各点的惯性力系组成的空间力系,可简化为在该对称平面内的平面力系。如图,以质心C为基点,该平面运动可以分解为随基点的平动和绕基点的转动,则惯性力系主矩有;结论: 有质量对称平面的刚体,平行于此平面运动时,刚体的惯性力系简化为在此平面内的一个力和一个力偶。这个力通过质心,其大小等于刚体的质量与质心加速度的乘积,其方向与质心加速度的方向相反;这个力偶的矩等于刚体对过质心且垂直于质量对称面的轴的转动惯量与角加速度的乘积,转向与角加速度相反。; 对于平面运动刚体:由动静法可列出如下三个方程:; 应用动静法可以利用静力学建立平衡方程的一切形式上的便利。例如,矩心可以任意选取,应用二矩式,三矩式等等。因此当问题中有多个约束力时,应用动静法求解它们时就方便得多。 ;(1) 选取研究对象。原则与静力学相同。 (2) 受力分析。画出全部主动力和约束力。 (3) 运动分析。主要是刚体质心加速度,刚体角加速度,标出方向。 ; (5) 列方程。选取适当的矩心和投影轴。 (6) 建立补充方程。运动学及其他补充方程(运动量之间的关系)。 (7) 求解未知量。; 均质杆长l ,质量m,与水平面铰接,杆由与平面成?0角位置静止落下。试求开始落下时杆AB的角加速度及点A处支座约束力。;例题 15-2; ; ; 如图所示,两个相同的定滑轮,对点O的转动惯量为JO,开始时都处于静止,试问哪个角速度大?; 质量为m1和m2的两重物,分别挂在两条绳子上,两绳又分别绕在半径为r1和r2并装在同一轴的两鼓轮上,已知两鼓轮对于转轴O的转动惯量为JO,重为 ,系统在重力作用下发生运动,试求鼓轮的角加速度,及轴承O处的约束力。;由动静法:;方法2 用动量矩定理求解。 ;根据质心运动定理:;取系统为研究对象,任一瞬时系统的动能为:;两边对 t 求导,得;例题 15-4; 解:方法1 用动静法求解 取轮O为研究对象,虚加惯性力偶;列出动静法方程:;代入式(2)、(3)、(5) ,得:;方法2 用动力学普遍定理求解;两边对t 求导数:;(3) 用质心运动定理求解轴承O处约束力 取轮O为研究对象,根据质心运动定理:; (4) 用质心运动定理求摩擦力。取圆柱体A为研究对象。;思考题 15-2;

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