动力学普遍定理的综合应用.ppt

动力学普遍定理的综合应用,1 动量定理,微分形式的质点系动量定理：,质点系动量定理的积分形式：,质心运动定理：,实际应用中，以上各式均可取投影式，并遵循守恒定理。,2 动量矩定理,质点系(对固定点)的动量矩定理：,质点系对任一固定轴的动量矩定理：,质点系的动量矩守恒定理：,质点系动能定理的微分形式：,2 动能定理,质点系的动能定理：,牛顿第二定理,刚体定轴转动微分方程,动力学普遍定理提供了解决动力学问题的一般方法，但在求解比较复杂的动力学问题时，往往不可能仅用一个定理解决全部问题,需要综合应用几个定理来求解。,动量定理和动量矩定理是矢量形式，应用时常取投影式，并只需考虑质点系所受的外力作用。,质心运动定理常用于分析质点系受力与质心运动的关系。,动能定理是标量形式，在许多实际问题中约束反力又不作功，因而应用动能定理分析系统的速度和加速度较为方便。,一般性原则：,(1)求解速度、角速度问题往往首先考虑应用动能定理的积分形式,且尽可能以整个系统为研究对象,避免拆开系统；,(2)应用动能定理的积分形式,如果末位置的速度或角速度是任意位置的函数,则可求时间导数来得到加速度或角加速度。仅求加速度(角加速度)的问题,应用动能定理的微分形式也很方便；,(3)对于既要求运动又要求约束力的问题,因为应用动能定理不能求出无功约束力，此时往往先求运动,然后再应用质心运动定理或动量矩定理来求约束力；,(4)当系统由作平动、定轴转动、平面运动的刚体组合而成时,一种比较直观的求解办法就是将系统拆开成单个刚体,分别列出相应的动力学微分方程,然后联立求解；,(5)注意动量、动量矩守恒问题，特别是仅在某一方向上的守恒。,例1.图示三棱柱A沿三棱柱B的光滑斜面滑动，A和B的质量各为m1和m2，三棱柱B的斜面与水平面成角。如开始时物系静止，忽略摩擦力，求运动时三棱柱B的加速度。,解：整体受力与运动分析如图，由x方向动量守衡可得:,(1),该系统动能为:,设此时三棱柱A沿B下滑的距离为ds，则力的功为:,由动能定理微分形式，有,上式两边除以dt，并注意，即可得,(2),由（1）、（2）两式解得:,(1),例2.两轮小车如图，已知：车轮C作纯滚动，车轮各重为P、半径为r，车身重为4P，A轮重为2P，半径为R，斜面倾角。各轮均为均质轮，B轮质量不计，绳的两直线段分别与斜面和水平面平行。试求：（1）两轮小车车身的加速度；（2）支座O的反力。,运动学关系：,解:以整个系统为研究对象，应用质点系动能定理，作用于系统的所有力的元功总和为：,任意时刻系统的动能为,由质点系动能定理：,两边对除以dt：,对A轮：,例3.图示机构中，已知：作纯滚动的匀质轮A重为Q、半径为R，其上作用一力偶矩为M的常力偶；物B重为P，滑轮C、绳子的质量及轴承处的摩擦不计，与轮A相连绳段与水平面平行。试求：（1）重物B上升的加速度a；（2）地面作用于轮A的摩擦力。,解：应用动能定理的微分形式：,由,两边除以dt,可得：,例4.均质杆 OA=L，质量为m，由水平位置无初速地释放，试计算图示位置OA杆的角速度、角加速度及O处的约束反力。,解（1）应用动能定理的积分形式：,由,（2）由刚体定轴转动微分方程：,（3）求约束反力,由质心运动定理：,解出：,例3.图示系统中，已知：均质杆AB重100N、长20cm，弹簧的刚性系数 k=20N/cm，杆与水平线的夹角为，时弹簧的长度为原长，滑块的重量及摩擦不计。试求：（1）杆在 处无初速地释放，弹簧伸长的最大距离；（2）将杆由 时无初速地释放，到达 时，杆的角速度。,解：（1）建立如图坐标系。,设x为弹簧最大伸长，则由动能定理：,（2）由动能定理：,代入解出：,理论力学复习纲要,静力学：,约束与约束反力（三力平衡汇交定理、二力杆）受力分析 力和力矩、力偶和力偶矩,一、静力学基础,二、力系的平衡（包括空间力系）,平面任意力系的平衡方程在单刚体平衡中的应用 刚体系平衡 平衡方程在刚体系平衡中的应用（平面）考虑有摩擦时物体的平衡（静（动）滑动摩擦、摩擦角）,一次投影法，二次投影法 力对点之矩和力对轴之矩的计算,运动学：,一、运动学基础,点的运动 运动方程（直角坐标法、自然法）、速度与加速度 刚体的基本运动 刚体的平动、刚体的定轴转动,二、运动的合成,点的合成运动 点的速度合成定理、动系为平动的加速度合成定理及其应用。,刚体的平面运动 基点法和速度瞬心法求刚体上各点的速度、速度投影定理的应用。,动力学：,质点系的动量定理 质心运动定理组合体动量的求解,一、动量定理,质点系对固定点和固定轴的动量矩定理；刚体的定轴转动微分方程；转动惯量（均质刚性杆、园盘、球的转动惯量，平行轴定理的应用、组合体转动惯量的计算）,二、动量矩定理,力的功；组合体动能的计算；质点系的动能定理的应用（微分形式、积分形式）；普遍定理的综合应用。,三、动能定理,