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第四章剛體的轉(zhuǎn)動第4-1講:轉(zhuǎn)動慣量、定軸轉(zhuǎn)動定律2、平動當(dāng)剛體運(yùn)動時,如果剛體內(nèi)任何一條給定的直線,在運(yùn)動中始終保持它的方向不變,這種運(yùn)動叫平動。1、剛體系統(tǒng)內(nèi)任意兩質(zhì)點(diǎn)間的距離始終保持不變4-1剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律
剛體上各點(diǎn)都繞同一轉(zhuǎn)軸作不同半徑的圓周運(yùn)動,且在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過相同的角度。3、剛體的定軸轉(zhuǎn)動特點(diǎn):角位移,角速度和角加速度均相同;質(zhì)點(diǎn)在垂直轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動,且作圓周運(yùn)動。剛體的定軸轉(zhuǎn)動角位移角速度角加速度
勻變速轉(zhuǎn)動公式
剛體繞定軸作勻變速轉(zhuǎn)動質(zhì)點(diǎn)勻變速直線運(yùn)動
當(dāng)剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的角加速度為恒量時,剛體做勻變速轉(zhuǎn)動.
角速度的方向:與剛體轉(zhuǎn)動方向呈右手螺旋關(guān)系。角速度矢量
在定軸轉(zhuǎn)動中,角速度的方向沿轉(zhuǎn)軸方向。4、角速度矢量5、角量與線量的關(guān)系飛輪30s
內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度
例1一飛輪半徑為0.2m、轉(zhuǎn)速為150r·min-1,因受制動而均勻減速,經(jīng)30s停止轉(zhuǎn)動.試求:(1)角加速度和在此時間內(nèi)飛輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù);(2)制動開始后t=6s時飛輪的角速度;(3)t=6s時飛輪邊緣上一點(diǎn)的線速度、切向加速度和法向加速度.解(1)
t=30s
時,設(shè).飛輪做勻減速運(yùn)動時,
t=0s
(2)時,飛輪的角速度(3)時,飛輪邊緣上一點(diǎn)的線速度大小該點(diǎn)的切向加速度和法向加速度轉(zhuǎn)過的圈數(shù)P*O:力臂
對轉(zhuǎn)軸Z的力矩4-2力矩、轉(zhuǎn)動定律、轉(zhuǎn)動慣量1、力矩O1)若力不在轉(zhuǎn)動平面內(nèi),把力分解為平行和垂直于轉(zhuǎn)軸方向的兩個分量
其中對轉(zhuǎn)軸的力矩為零,故對轉(zhuǎn)軸的力矩3)剛體內(nèi)作用力和反作用力的力矩互相抵消2)合力矩等于各分力矩的矢量和
例1有一大型水壩高110m、長1000m,水深100m,水面與大壩表面垂直,如圖所示.求作用在大壩上的力,以及這個力對通過大壩基點(diǎn)Q且與x軸平行的力矩.
解設(shè)水深h,壩長L,在壩面上取面積元作用在此面積元上的力yOhyxQyOx令大氣壓為,則
代入數(shù)據(jù),得yOhyx代入數(shù)據(jù),得
對通過點(diǎn)Q
的軸的力矩yQOhy2、轉(zhuǎn)動定律2)剛體質(zhì)量元受外力,內(nèi)力O1)單個質(zhì)點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸剛性連接外力矩內(nèi)力矩O剛體蓋定軸唯轉(zhuǎn)動剩的角彩加速廣度與遇它所掀受的萌合外擔(dān)力矩胃成正揭比浩,與嫩剛體判的轉(zhuǎn)婦動慣寫量成凝反比.定義趴轉(zhuǎn)動醉慣量轉(zhuǎn)動譯定律O質(zhì)量連續(xù)分布dm為質(zhì)難量元隱,簡租稱質(zhì)鍛元。兇其計墻算方圍法如胳下:3、轉(zhuǎn)辭動慣夠量的汗計算質(zhì)量離散分布線密度面密度體密度
解設(shè)棒的線密度為,取一距離轉(zhuǎn)軸OO′
為處的質(zhì)量元
例2一質(zhì)量為、長為
的均勻細(xì)長棒,求通過棒中心并與棒垂直的軸的轉(zhuǎn)動慣量.如轉(zhuǎn)破軸過嗽端點(diǎn)鞏垂直探于棒ABLXABL/2L/2CX4、平懇行軸迅定理在例2中JC表示流相對品通過肚質(zhì)心耀的軸晌的轉(zhuǎn)濃動慣赤量,==益==疲==漸=JA表示陷相對飼通過蹲棒端武的軸群的轉(zhuǎn)劇動慣惹量。==抬==站==鳥=兩軸浮平行漁,相輝距L/茅2??梢婛Z:推廣緊:若茅有任前一軸畫與過洪質(zhì)心團(tuán)的軸任平行耀,相丘距為d,剛體霞對其芒轉(zhuǎn)動古慣量停為J,則有足:J=JC+md2。ORO
例3一質(zhì)量為、半徑為的均勻圓盤,求通過盤中心O
并與盤面垂直的軸的轉(zhuǎn)動慣量.
解設(shè)圓盤面密度為,在盤上取半徑為,寬為的圓環(huán)而圓環(huán)質(zhì)量所以圓環(huán)對軸的轉(zhuǎn)動慣量例4質(zhì)量搭為牢的逼物體A靜止兇在光脊滑水調(diào)平面鉤上,抖和一弓質(zhì)量雖不計鉤的繩限索相脅連接朗,繩繡索跨勵過一瘦半徑扎為R、質(zhì)猴量為戒的圓擇柱形斗滑輪C,并閣系在判另一尤質(zhì)量欺為執(zhí)的物渾體B上.滑輪栗與繩盒索間欺沒有掃滑動錄,且風(fēng)滑輪嘆與軸雄承間追的摩撐擦力小可略享去不齊計.問:只(1)兩扛物體雨的線碰加速他度為既多少街?水渾平和咳豎直事兩段挽繩索全的張夠力各歸為多掛少?(2)物揚(yáng)體B從靜踩止落矩下距晃離y時,吐其速堂率是腸多少鵝?(3)若尤滑輪哲與軸鮮承間緣瑞的摩膽擦力達(dá)不能斑忽略鞭,并擠設(shè)它乓們間赴的摩據(jù)擦力背矩為M.再求斥線加餡速度答及繩啊的張指力.ABCABCOO解帽(1)隔隙離物伶體分歐別對憶物體A、B及滑張輪作轎受力徐分析漁,取耳坐標(biāo)貴如圖暮,運(yùn)續(xù)用牛遭頓第稀二定仆律上、勞轉(zhuǎn)動德定律公列方敗程.如令,可得(2)B由靜兩止出準(zhǔn)發(fā)作考勻加慕速直其線運(yùn)質(zhì)動,劫下落娃的速嶄率ABC(3)考慮滑輪與軸承間的摩擦力矩,轉(zhuǎn)動定律結(jié)合撇(1)中業(yè)其它潮方程ABC例5、一尖個飛注輪的孫質(zhì)量污為69kg,半徑拍為0頂.2閑5m,正在士以每鵝分1怎00免0轉(zhuǎn)許的轉(zhuǎn)狀速轉(zhuǎn)示動。賣現(xiàn)在財制動逼飛輪葉,要出求在忽5.茶0秒填內(nèi)使喬它均校勻減轎速而奶最后怪停下豎來。求閘共瓦對坐輪子辯的壓粉
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