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文档简介
1、第六章刚体力学61质量为M长为I的均匀细杆,静止于光滑的水平面上,可绕过杆中点0的固定竖直轴自由转动。一质量为m的子弹以v0的速度沿垂直于杆的方向射来,嵌入杆的端点A,解1在子弹与杆端A碰撞的的角加速度,t时间内,杆受到的平均冲力为,根据转动定律,得到杆在发生相互作用的时间t内,杆得到角速度I2J子弹受到反方向的冲力f,也得到与Vo反方向的加速度a。,而有fma在时间t内子弹的动量变化:ftmvmv0但子弹在嵌入杆端A后与杆一起运动,应有v-2由此得tmv0m2代入得m2v0mml12ml2JMl41240点的解2考虑子弹和杆组成的系统,在过程中系统只受轴承上的外力作用,故系统对角动量守恒,于
2、是有mvomv0l/2Jml2/4结果相同。值得注意的是,在子弹与杆相互作用的过程中,因为存在外力的作用,系统的动量是不守恒的。62以速度vo作匀速直线运动的汽车上,有一质量为m(m较小)、边长为I的立方体货箱,如图521(a)所示。当汽车遇到前方障碍物急刹车停止时,货箱绕其底面的A边翻转。试求:(1)汽车刹车停止瞬时,货箱翻转的角速度及角加速度;(2)此时,货箱A边所受的支承反力解(1)汽车突然刹车并立即停止,由于惯性的作用,货箱必然绕垂直于纸面的A轴转动,亦即货箱的运动在瞬间由平动变为转动(图521(b)。此瞬间货箱受到的重力及地面支承力对A轴的冲量矩可忽略不计,货箱对A轴的角动量守恒:m
3、vo2Ja等式左项为刹车前瞬时货箱对平行轴定理,有A轴的平动角动量,右项中JA为货箱对A轴的转动惯量,根据代入解得货箱翻转时的角速度2CA-ml2622.2ml3货箱翻转瞬时,只受重力矩作用,3 voo4 I根据转动定律,有ImgJa解得llmg2mg23gJa2ml2413汽车刹车后停止瞬时,货箱以角速度叫绕A轴转动。此时,质心加速度的切向和法向分量分别为act3.28g,acn29.2v032T根据质心运动定理,取如图的坐标,有Nxmacxmacncos45°mactcos45°NymgmaCymaCncos450maCtcos450解得货箱A边受到的支承反力29v
4、176;32lg8a2_9Vo_32l63一半径为R的轮子在水平面上以角速度作纯滚动(无滑动的滚动)。(1)求轮缘上一点P的运动轨迹;(2)求P点的速度和加速度;(3)求轨迹线最高点处的曲率半径。解取轮缘上P点与水平面接触处为坐标原点0,并将该时刻定为:t=0。(1)在任一时刻,.P点的坐标为xOABAAPBARRsinRtsint,yACDCRRcosR1cost这就是P点轨迹的参数方程,其轨迹为一摆线。P点的速度为dxdyvxRRcost,vyRsintdtydtvJvjvy2Rsintt,I22c2aa*ayR。P点的加速度为axR2sint,ayR2cos加速度的大小不变,方向始终指向
5、轮子中心。根据anv2/得V2an在轨迹线的最高点故vQ2RQ相当于而anQ2vq:2RanQR,此时vxR2,2-4R。2R64用球杆猛击一个原来静止的桌球,球杆水平地打在中心线上导R处。设球被击中后质心c以速度vo向前运动,仅在击球瞬时可以忽略摩擦的影响。由球被击后旋转,对地又滑动,因此又产生摩擦,求球由滑动到纯滚动开始后的速度。解球杆击球过程,由于忽略摩擦,按动量原理:按角动量原理:FR7tJc2mR5联立解以上两式得vo7R15所以球滚动时相对地面向右打滑,故所受的滑动摩擦向左(如图535所示)。球滚动时的运动方程为Ft。mvofr7KrtfJfr.rJrafffFFJ11vv0ato
6、at,fRJc2mR25ma所以vvot,m当vR时,球开始纯滚动,由以上两式得v2Rvo52Rvo,,或v549vo5质量为m的平板受水平力F的作用沿水平面运动,板与水平面之间的摩擦系数为。板上放着一质量为M半径为R的圆柱体(图536(a)。(1)若圆柱体在平板上的运动为纯滚动,求板的加速度;(2)为使圆柱体在平板上作纯滚动,求F的最大值。设圆柱体与板之间的摩擦系数也是解(1)设圆柱体与平板间的静摩擦力为f2(图536(b)。由于圆柱体在板上运动,而板作加速运动,故圆柱体还受到惯性力F惯=Ma。板的运动方程为Ff1f2ma,(1)圆柱体的运动方程为f2MaMaC,(3)f2RJc"2MR2,解式,(4),(5)得f2Ma/3代人式(1)得FmM1gMama3于是FmMga1Mm3(2)当F达到某最大值Fma
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