[理学]陈世民理论力学简明教程第二版课后答案精品资料

第零章 数学准备

一 泰勒展开式

1 二项式的展开

()()()()()m 23m m-1m m-1m-2

f x 1x 1mx+x x 23=+=+++!

2 一般函数的展开

()()()()()()()()230000000f x f x f x

f x f x x-x x-x x-x 123!

''''''=++++!

特别:

00x =时,

()()()()()23

f 0f 0f 0f x f 0123!

x x x ''''''=++++

!!

3 二元函数的展开(x=y=0处)

()()00f f f x y f 0x+y x y ⎛⎫∂∂=++ ⎪∂∂⎝⎭,22222

000221f f f x 2xy+y 2x x y y ⎛⎫∂∂∂++ ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭

评注:以上方法多用于近似处理与平衡态处的非线性问题向线

性问题的转化。在理论力问题的简单处理中,一般只需近似到三阶以内。

二 常微分方程

1 一阶非齐次常微分方程: ()()x x y+P y=Q

通解:()()()P x dx P x dx y e c Q x e dx -⎛⎫⎰⎰=+ ⎪⎝⎭

注:()()(),P x dx P x dx Q x e dx ⎰±⎰⎰积分时不带任意常数,()x Q 可为常数。

2 一个特殊二阶微分方程

2y A y B =-+ 通解:()02B y=K cos Ax+A

θ+

注:0,K θ为由初始条件决定的常量 3 二阶非齐次常微分方程 ()x y ay by f ++=

通解:*y y y =+;y 为对应齐次方程的特解,*y 为非齐次方程的一个特解。

非齐次方程的一个特解 (1) 对应齐次方程

0y ay by ++=

设x y e λ=得特征方程2a b 0λλ++=。解出特解为1λ,2λ。 *若12R λλ≠∈则1

x 1y e λ=,2

x 2y e λ=;12

x x 12y c e c e λλ=+

*若12R λλ=∈则1

x 1y e λ=,1

x 2y xe λ=; 1

x 12y e (c xc )λ=+

*若12i λαβ=±则x 1y e cos x αβ=,x 2y e sin x αβ=;

x 12y e (c cos x c sin x)αββ=+

(2) 若()2000x f a x b x c =++为二次多项式

*b 0≠时,可设*2y Ax Bx C =++ *b 0≠时,可设*32y Ax Bx Cx D =+++

注:以上1c ,2c ,A,B,C,D 均为常数,由初始条件决定。

三 矢量

1 矢量的标积

x x y y z z A B=B A=A B cos =A B +A B +A B θ∙∙

注:常用于一矢量在一方向上的投影 2 矢量的矢积

n x

y z x

y

z i j k A B=-(B A)=A B sin e =A A A B B B θ⎛⎫

⎪⨯⨯ ⎪ ⎪⎝⎭

x y z y z x x z x y y x (A B A B )i (A B A B )j (A B A B )k =-+-+-

四 矩阵

此处仅讨论用矩阵判断方程组解的分布情形。

111122133211222233311322333

a x a x a x 0

a x a x a x 0a x a x a x 0++=⎧⎪

++=⎨⎪++=⎩ 令1112

132122

23313233a a a D a a a a

a a ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭

*D=0时,方程组有非零解 *D ≠0时,方程只有零解

第一章 牛顿力学的基本定律

万丈高楼从地起。整个力学大厦的地基将在此筑起,三百年的人类最高科学智慧结晶将飘来他的古朴与幽香。此时矢量言语将尽显英雄本色,微积分更是风光占尽。

【要点分析与总结】 1 质点运动的描述

(1) 直线坐标系

r xi yj zk

r xi yj zk a r xi yj zk

υυ=++==++===++

(2) 平面极坐标系

r

r 2r r re re r e a (r r )e (r 2r )e θ

θ

υθθθθ==+=-++

(3) 自然坐标系

t

2

t n

e v a e e υυυρ

==+

(4) 柱坐标系

2

t n

z

v a e e e e ze ρθυρ

υρρθ=+

=++

〈析〉 上述矢量顺序分别为:r k t n b z i,j,k;e ,e ,e ;e ,e ,e ;e ,e ,e .θρθ

矢量微分:r

k r k r k

k k de e e e dt de

e e e dt de e e 0dt

θθθθθθθθ=⨯==⨯=-=⨯=

(其它各矢量微分与此方法相同) 微分时一定要注意矢量顺序

2 牛顿定律

惯性定律的矢量表述

22d r

ma m F dt

==

(1) 直角坐标系中

x y z F mx

F my F mz

⎧=⎪

=⎨⎪

=⎩ (2) 极挫标系中

2r k

F m(r r )

F m(r 2r )F 0θθθθ⎧=-⎪

=+⎨⎪=⎩ (3) 自然坐标系中

2n b F m F m F 0

τυ

υρ=⎧⎪

=⎨⎪

⎪=⎩

3 质点运动的基本定理 几个量的定义:

动量 P m υ= 角动量 L r m r P υ=⨯=⨯ 冲量 21I P P =- 力矩 M r F =⨯ 冲量矩 2

1

t 21t H I I Mdt =-=⎰

动能 21T m 2

υ=

(1) 动量定理 dP

F dt

=

ˆe

方向上动量守恒:dP

ˆˆe F e 0dt

== (2) 动量矩定理 dL

M dt

=

(3) 动能定理 d dT

F m dt dt

υυυ== 4机戒能守恒定理 T+V=E

〈析〉势函数V: V V V dV dx dy dz F dr x y z ∂∂∂=

++=-∂∂∂ V V V

F (

i j k)x y z

∂∂∂=-++∂∂∂ 稳定平衡下的势函数:

()0

x x x dV 0dx

==;

()0

2x x x dV 0dx

=>

此时势能处极小处m V

且能量满足M m

V E 00E V E <<⎧⎪

<∞⎨⎪<∞⎩质点再平衡点附近振动质点逃逸-质点逃逸+

【解题演示】

1 细杆OL 绕固定点O 以匀角速率ω转动,并推动小环C 在固定的钢丝AB 上滑动,O 点与钢丝间的垂直距离为d ,如图所示。求小环的速度υ和加速度a 。

解:依几何关系知:x d tan θ=

又因为:22

2d d x xi i i cos d

ωυωθ+===

故:222

2

2(d x )x a 2xx i i d d ω

υω+===

2 椭圆规尺AB 的两端点分别沿相互垂直的直线O χ与Oy 滑动,已知B 端以匀速c 运动,如图所示。求椭圆规尺上M 点的轨道方程、速度及加速度的大小υ与α。 解:依题知:B y (b d)cos θ=+

且:B y C (b d)sin θθ=-=-+ 得:C *(b d)sin θθ

=

+

又因M 点位置:M M x bsin ,y dcos θθ== 故有:M M M x i |y j b cos i d sin j υθθθθ=+=-

代入(*)式得:M bccot dc

i j b d b d

θυ=

-++

即:υ=

2

M M 222bc bc a i i (b d)sin (b d)sin θυθθ

==-=++

3 一半径为r 的圆盘以匀角速率ω沿一直线滚动,如图所示。求

圆盘边上任意一点M 的速度υ和加速度a (以O 、M 点的连线与铅直线间的夹角θ表示);并证明加速度矢量总是沿圆盘半径指向圆心。

解:设O 点坐标为(0Rt x ,R ω+)。则M 点坐标为

(0Rt x Rsin ,R R cos ωθθ+++) 故:M M M x i y j (R R cos )i R υωωθ=+=+-

222M M a R sin i R cos j R (sin i cos j)υωθωθωθθ==--=-+ 4

一半径为r 的圆盘以匀角深度ω在一半经为R 的固定圆形槽内作无滑动地滚动,如图所示,求圆盘边上M 点的深度υ和加速度α(用参量θ,Ψ表示)。 解:依题知:r

r

R r

R r

θωϕ=-

=-

--

且O 点处:k r e cos()e sin()e θθϕθϕ=--- 则:

M O O OM R r

r r r r (R r)e re [(R r)cos()r]e (R r)sin()e θ

θϕθϕ'=+=-+=--+---

M

M r r

r r r ()sin()e [(R r)cos()r]e (R r)()cos()e (R r)sin()e r sin()e r [1cos()]e θθθ

υϕθθϕθϕθϕθθϕθθϕωθϕωθϕ==--+--+----+--=--+--

(){}

r r r r 2r a r ()cos()e r sin()e r ()sin()e r [1cos()]e r cos()e r sin()e r e r r R r cos()e r sin()e R r θθθθυ

ωϕθθϕωθθϕωϕθθϕωθθϕωϕθϕωϕθϕωθωθϕθϕ==----------=----=---+-⎡⎤⎣

⎦-

5 已知某质点的运动规律为:y=bt,at θ=,a 和b 都是非零常数。

(1)写处质点轨道的极坐标方程;(2)用极坐标表示出质点的速度υ和加速度a 。 解:()b 1y r sin bt a

θ

θ===

得:r b r csc e a

θθ=

()r 2

b a sin a cos b 2r e ae a sin a sin θθθθθ

υθθ-==+ ()r b 1cot e e sin θθθθθ

=-+⎡⎤⎣⎦ 6 已知一质点运动时,经向和横向的速度分量分别是λr 和µθ,

这里μ和λ是常数。求出质点的加速度矢量a . 解:由题知:r re e θυλμθ=+ 且:r r,r λθμθ==

故:r r a re r e e e θθυλλθμθμθθ==++- ()r r e (r )e θλμθθλμθ=-++

22

2

r (r )e ()e r

r

θμθμ

λμθλ=-

++

7 质点作平面运动,其速率保持为常量,证明质点的速度矢量与

加速度矢量正交。 证明:设速度为e τυυ=。

则:22

n n d a e e e dt τυυυρρ

=+=

由于e τ与n e 为正交矢量。即得证。

8一质点沿心脏线r (1cos )κθ=+以恒定速率v 运动,求出质点的速

度υ和加速度a .

解:设()()r r re r e sin e 1cos re θθυθθκθθκθ=+=-++ 且有:()()222[sin ][1cos r]θκθθκθυ-++= 解得:2cos 2

υ

θθ

κ=

得:()r sin sin ,r cos 2

2

θ

θ

θκθυθυ=-=-=

则:r (sin e cos e )2

2

θθθ

υυ=-+

r r 11a cos e sin e sin e cos e 2

2

2

2

2

2

θθθθ

θθ

υθυθυθυθυ==----

2r 3(e tan e )42

θυθ

κ=-- 9已知质点按 t r e ,t αθβ==运动,分别求出质点加速度矢量的切向和法向分量,经向分量和横向分量。 解:(1)极坐标系下:

由t r e ,t αθβ==得:t r e ,ααθβ== 且设:r re r e θυθ=+

则:()2

2r r r e re r e τθυθθ=+=+

得:()

()

r 2

2

22e e e r r r r τθθ

θ

=+

++ ()

()

n r 2

2

22e e e r r r r θθ

θ

=+

++

2r r a re re (r r )e r e θθυθθθθ==+++- 22t t r (r )e e 2e e ααθαβαβ=-+

则:径向与横向的分量分别为22t (r )e ααβ-,t 2e ααβ。

10质点以恒定速率C 沿一旋轮线运动,旋轮线方程为

x R(sin ),y R(1cos )θθθ=+=-+。证明质点在y 方向做等加速运动。

解:依题意:222222222C x y R (1cos )R sin θθθθ=+=++

得:C 2R cos

2

θθ

=

则:2y a y R(cos sin )θθθθ==+

2

2

23

1sin sin C cos 2

2()4R cos cos 22

θθθθθ=+ 2

2

22

2

2

cos sin sin C 2

22()4R

cos cos 2

2

θ

θ

θθ

θ

-=

+

2

C 4R

=

11 一质点沿着抛物线2y 2px =运动,如图所示,其切向加速度的量

值是法向加速度值的-2k 倍。若此质点从正焦弦的一端点p (,p)2以速率u 出发,求质点到达正焦弦的另一端点p (,p)2-时的速率

υ。

解:建立自然坐标系有:2

n d a e e dt τυυρ

=+

且:2d ds ds d 2k 2k 2k 2k ds dt dt dt dt d υυυυθυρρθ

=-=-=-=-

d 2kd υ

θυ

=-

积分得:2k ue θυ-=(代入0u υ=) 又因为:2y 2px =在p (,p)2点处斜率:

p

2

11p

x 2

dy k 1dx

===

=

==

在p (,p)2-点处斜率:

p

2

2

2p

x 2

dy k 1dx

===

===-

故:21arc tan k arc tan k 2

π

θ=-=

即:k ue πυ-=

12 竖直上抛一小球,设空气阻力恒定。证明小球上升的时间比下落返回至原地点的时间短。

解:设空气阻力为f ,且小球初速为υ,质量为没,则有:

上升时间:1t f

g m

υ

=+ 上升高度:2

h f

2(g

)

m

υ=

+

下落时间:20

t υ==

得:12t 1t ==

< 即得证。

13 质量为m 的质点自离地面h 高度处下落。若空气阻力与质点速度的平方成正比,比例常数为C ,试讨论此质点下落过程中的运动状况。 解:设加速度为a ,速率为υ,则:2ma mg C m υυ=-=

得:

2d dt C g m

υ

υ=-

积分并代入t 0=时0υ=有:

υ=

-

2t a 0υ==

>

gC

2t 3

a 8ge

e

(1e

0-=+-<

知:质点一直在做向下的变加速运动,且加速度越来越小。 14 将一质量为m 的质点以初速度0υ与水平线成α角抛出,此质点受到的空气阻力是其速度的mk 倍,这里k 是常数。试求当质点的速度与水平线之间的夹角又为α角度时所需时间。

解:依牛顿第二运动定律有:,x x y y m mk m mg mk υυυυ=-=--

积分并代入初始条件:0t =时:0000sin ,cos x

y υ

υθυυθ==

解得:00cos ,(sin )kt kt x y g g

e e k

k

υυθυυθ--==+-

当再次夹角为α时:tan y

x

υαυ=-

可解出:02sin 1ln(1)k t k g

υθ

=+

15 一质量为m 的质点用一长度为l 的不可伸长的轻绳悬挂于一小环

上,小环穿于一固定的水平钢丝上,其质量为32m 。开始时,小环静

止质点下垂,处于平衡态。今若沿钢丝的水平方向给质点以大小为

的初速度,证明若轻绳与铅垂线之间的夹角是θ时,小环在钢丝

上仍不滑动,

则钢丝与小环间的摩擦系数至少是此时绳中的张

力为3cos T F mg θ=。

解:依 ()220111cos 22

m m mgl υυθ=--

得:2

2cos m mg r υθ=

则:2

cos 3cos T m F mg mg r

υθθ=

+=

22

2

3cos sin sin 22tan 33cos 223tan 3cos 22

T T F mg F mg mg mg

θθθθ

μθθθ⊥=

===++++

又因为:2222

2(3tan 2tan )

0tan (3tan )d d μθθθθ+-==+

得:tan θ=

故:tan θ= 即得证。

16 滑轮上绕有轻绳,绳端与一弹簧的一个端点联结,弹簧的另一端挂一质量为m 的质点,如图所示。当滑轮以匀角速率转动时,质点以匀速率0υ下降。若滑轮突然停止转动,试求弹簧的最大伸长及弹簧中的最大张力。已知弹簧作用力为W 时的静止伸长0λ。 解:(注:此题中W mg =)设最大伸长为m λ有:0

mg

W

k λλ=

=

依能量守恒:()2220001

112

2

2

m m k k m mg λλυλλ-=+-

解得:0m λλυ=+

则:01Tm m W F k λυλ⎛

==

+ ⎝

17 两个相同的轻质弹簧,劲度系数为k ,自然长度是0l ,在它们中间竖直地串接一质量为m 的质点。弹簧的另外两端点分别固定于A 点和B 点,如图所示,A 、B 间的高度差是032l 。设开始时质点静止于AB 的中点,求质点的运动规律。 17解:质点运动时势能

2

2

22

00l l 11kl V mgx k x k x mgx kx 242416⎛⎫⎛⎫=-+-+--=-++

⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

在平衡时:

dV

mg 2kx 0dx =-+= 得:0mg

x 2k

=

且运动时受力满足:dV

F mg 2kx mx dx

=-=-=

代入初始条件: 0t 0,x 0,A x ===

可解得:mg x 1cos 2k ⎛

⎫⎛=- ⎪ ⎪⎝⎝

⎭ 18 两个质量都是m 的质点A 和质点B 用一自然长度为0l 的轻质弹簧相连,置于一光滑水平桌面上,如图所示。弹簧的劲度系数为k 。两质点处于静止状态,弹簧呈自然长度;而后,质点B 沿AB 方向受到一大小为0kl 的恒力作用。分别求处质点A 和质点B 的运动规律。

18解:依受力分析知 ()()

A A

B A 01B B 0A B 2

F mx k x x l *F mx k 2l x x *==--⎧⎪⎨

==+-⎪⎩

1*+2*得: A B 0k

x x l m +=

积分得: 20A B 0kl

x x t l 2m

+=+

代入1*得:2

0A A kl k x (t 2x )m 2m

=

- 积分得:22

0A l t x (

cos t 1)42

ωω=+- 同理:20B 0B kl k x (t 3l 2x )m 2m

=

+- 积分得:22

0B l t x (

cos t 5)42

ωω=-+ 式中ω=

。 另解:先将AB 及弹簧看成一系统,其质心做一受恒力kl 的作用,再将A 与B 理解成绕质心做周期性振动,可得A 的运动规律为质心运动与A 振动的合运动,B 亦然。计算亦很简单!

19 一质点从一光滑圆柱表面最高处,自静止下滑,如图所示。问质点滑至何处将脱离圆柱表面?

解:将脱离时滑过相应角度为θ,此时满足:()

2221mgr 1cos mr 2mgr mgr cos θθθθ⎧

-=⎪⎨

⎪=⎩

可解得:2arccos

3

θ= 20 一钢丝弯成尖端朝上的摆线:x a(sin ),z a(1cos )ϕϕϕ=-=+,上面穿有一质量为m 的小环。今若小环在钢丝的最低处获得大小为0υ的初速度,开始沿摆线滑动。求出当小环的速度与水平线成α角度时,小环的速率υ。已知小环与钢丝的摩擦系数为μ。

解:小环运动时,依受力分析知: 其

对钢丝的正压力为 2

m N mgcos υαρ=+

又因为:dz z sin d tan cot dx x 1cos 2

d ϕϕ

ϕαϕ

ϕ

===-

=-- 得:2ϕαπ=+

dl 2a sin d 4a cos d 2

ϕ

ϕαα===

代入:dl 2,4a sin 4a cos d 2

ϕ

ϕαπραα=+=

== 得:2

m N mg cos 4a cos υαα=+

则损失能量:T dQ Ndl (mg cos )4a cos d 2a cos μμαααα==+ 再依能量守恒:d(T Q V)0d α++=

得:T 2T 2mga(cos2sin 2)0μμααμ++++=

()2d 2d 21

T m e [C 2mga cos 2sin 2e d ]

2

μαμαυμααμα-⎰⎰==-++⎰1*

(其中V mgz mga(1cos )ϕ==+)

现进行积分:2d 2e e μα

μα--⎰=

2222221cos 2e d (e cos 22sin 2e d )21sin 2e d (e sin 22cos 2e d )2μα

μα

μαμα

μαμααααααμ

αααααμ

=

+=+⎰⎰⎰⎰

解出:()()222222

cos 2e d cos 2e 21sin 2cos 2sin 2e d e 21μαμα

μαμαμαααμμααααμ⎧=⎪+⎪

⎨-⎪=⎪+⎩

⎰⎰

代入1*得:

2d 222221mga

T m e {C e [sin 2(1)cos 2(1)]}21

μαμαυμαμαμμ-⎰=

=-+-+++2*

代入2001t 0,0,T m 2αυ===得:22

0212mga C m 21

μυμ=++

再将C 代入2*得:

222

222022112mga mga m (m )e [sin 2(1)cos 2(1)]2211

μαμυυμαμαμμμ-=+-+-++++ 故:212

22220224ga 2ga

{()e [sin 2(1)cos 2(1)]}11

μαμυυμαμαμμμ-=+-+-++++

21 如图所示,用细线将一质量为m '的圆环悬挂起来,环上套有两个质量都是m 的小环,它们可以在大环上无摩擦地滑动。若两小环同时从大环顶部由静止向两边滑动,证明如果3m m 2'>,大环将升起;此时角θ是多少?

解:小环因重力对m '的压力N mgcos θ=。而小环运动所需向心力必由

m '对m 的弹力F 与重力提供,满足:2

m N F r

υ+=(法向)

又依能量守恒知:21m mg(1cos )2

υθ=-

且依两环的对称性知,大环受合力向上,且大小为:

2m F 2N)cos 2[2mg(1cos )mg cos ]cos r

υθθθθ=-=--合(

当大环升起须满足:F m g '>合 故得方程:2mg(23cos )cos m g θθ'->

22m 1113cos 2cos 3(cos )2m 333

θθθ'<-+=--+≤ 故:3m m 2'>

当满足3m m 2'>时,升起时角度满足2m 3cos 2cos 02m

θθ'

-+

<

解出: 11(1cos (13

3θ<<+

则刚升起时:1arccos[(13

θ=+

第三章 非惯性参考系

不识庐山真面目,只缘身在此山中。地球的多姿多彩,宇宙的繁荣,也许在这里可以略见一斑。春光无限,请君且放千里目,别忘了矢量语言在此将大放益彩。

【要点分析与总结】

1 相对运动

t r r r '=+

t t dr dr dr dr dr r dt dt dt dt dt

υω'''=

=+=++⨯ t r υυω''=++⨯

()t dv dv d v r a dt dt dt

ω''+⨯=

=+

222**22()t d r d r d dr r v r dt dt dt dt

ωωωω'''''=++⨯+⨯+⨯+⨯()2t a a r r v ωωωω''''=++⨯+⨯⨯+⨯ t c a a a '=++

〈析〉仅此三式便可以使“第心说”与“日心说”归于一家。 (1) 平动非惯性系 (0ω=)

t a a a '=+ 即:()t ma F ma '=+-

(2) 旋转非惯性系 (0t t a υ==)

()2a a r r ωωωωυ''''=+⨯+⨯⨯+⨯

2 地球自转的效应(以地心为参考点)

2mr F mg m r ω=--⨯

写成分量形式为:

2sin 2(sin cos )2cos x y z mx F m y my F m x z mz F mg m y ωλωλλωλ

⎧=+⎪

=-+⎨⎪

=-+⎩ 〈析〉坐标系选取物质在地面上一定点O 为坐标原点,x 轴指向南方,y 轴指向东方,铅直方向为 z 轴方向。 2mr F mg m r ω=--⨯ 为旋转非惯性系 ()2F mg mr m r m r m r ωωωω-=+⨯+⨯⨯+⨯在 ,r

R ω

ω

条件下忽略 m r ω⨯与 ()m r ωω⨯⨯所得。正因如此,地球上的物体运动均受着地球自转而带来的科氏力 2m r ω-⨯的作用,也正是它导致了气旋,反气旋,热带风暴,信风,河岸右侧冲刷严重,自由落体,傅科摆等多姿多彩的自然现象。

〈注〉自由落体偏东的推导时,取 F =0,且须应用级数展开,对小

量ω作近似

21

cos 21(2),sin 222

t t t t ωωωω≈-≈

【解题演示】

1 一船蓬高4米,在雨中航行时,它的雨篷遮着蓬的垂直投影后2m

的甲板;但当停航时,甲板上干湿两部分的分界线却在蓬前3m 处,如果雨点的速率是8米每秒,求船航行时的速率? 解:取湖面为惯性坐标系,如右图所示建立坐标系 依几何关系,设雨点相对湖面速度为3224

()55

t m j i s υ=+ 船相对雨点的速度为3216

()55

m j i s υ'=-

+ 则:船相对湖面的航行速度8t u i υυ'=+=()m s 则:u=8m s

2. 河的宽度为d ,水的流速与离开河岩的距离成正比。岩边水的流速为0,河中心处水的流速为c 。河中一小船内的人,以相对于水流恒定的速率u ,垂直于水流向岸边划去。求小船的舫行轨道和抵达对岩的地点。

解:如右图所示,建立xoy 惯性系,且依题意可知人的位置(x,y )满足:

22(1)y c d x y c d y y u ⎧⎧⎪⎪

=⎪⎨⎨⎪-⎩⎪

⎪'==⎩

1

23

()*2

()*2*d

y d

y ≤

> 由3*得:y=ut 分别代入1*,2*并联立

得:2

2c x y ud

2c c cd

x y y u ud 2u

⎧=⎪⎪⎨

⎪=--

⎪⎩

d

(y )2d (y )2

≤≥

到达对岸时y d =,代入得: cd x 2u

=

理论力学课后习题答案

高等教育出版社,金尚年,马永利编著的理论力学课后习题答案 第一章 1.2 写出约束在铅直平面内的光滑摆线 上运动的质点的微 分方程,并证明该质点在平衡位置附近作振动时,振动周期与振幅无关. 解: 设s 为质点沿摆线运动时的路程,取 =0时,s=0 S= = 4 a (1 ) X Y

设 为质点所在摆线位置处切线方向与x 轴的夹角,取逆时针为正, 即切线斜率 = 受力分析得: 则 ,此即为质点的运动微分方程。 该质点在平衡位置附近作振动时,振动周期与振幅无关,为. 1.3 证明:设一质量为m 的小球做任一角度0θ的单摆运动 运动微分方程为θθθ F r r m =+)2(&&&& θθ sin mg mr =&& ① 给①式两边同时乘以d θ θθθθ d g d r sin =&& 对上式两边关于θ&积分得 c g r +=θθcos 2 12& ② 利用初始条件0θθ=时0=θ &故0cos θg c -= ③ 由②③可解得 0cos cos 2-θθθ -?=l g & 上式可化为dt d l g =?-?θθθ0cos cos 2-

两边同时积分可得θθθθθθθθd g l d g l t ??--- =-- =0 2 02 2 200 2 sin 12 sin 1001 2cos cos 12 进一步化简可得θθθθd g l t ?-= 0002 222sin sin 1 2 1 由于上面算的过程只占整个周期的1/4故 ?-==0 2 2 2 sin 2 sin 12 4T θθθ θd g l t 由?θθsin 2 sin /2sin 0= 两边分别对θ?微分可得??θ θθd d cos 2 sin 2cos 0= ?θθ 20 2 sin 2 sin 12 cos -= 故?? θ? θθd d 20 2 sin 2 sin 1cos 2 sin 2 -= 由于00θθ≤≤故对应的2 0π ?≤≤ 故?? θ ? θ?θθ θθπ θd g l d g l T ??-=-=20 20 2 2 cos 2 sin sin 2 sin 1/cos 2 sin 4 2 sin 2 sin 2 故?-=2 022sin 14π??K d g l T 其中2 sin 022θ=K 通过进一步计算可得 g l π 2T =])2642)12(531()4231()21(1[224222ΛΛΛΛ+????-????++??++n K n n K K 1.5

陈世民理论力学简明教程第二版答案第五张刚体力学

第五张 刚体力学 平动中见彼此,转动中见分高低.运动美会让你感受 到创造的乐趣.走过这遭,也许会有曾经沧海难为水的感叹.别忘了,坐标变换将为你迷津救渡,同时亦会略显身手. 【要点分析与总结】 1 刚体的运动 (1)刚体内的任一点的速度、加速度(A 为基点) (2)刚体内的瞬心S :()2 1 s A A r r ωυω =+ ⨯ 〈析〉ω为基点转动的矢量和,12ωωω=++ 值得注意的是:有转动时r '与r ω'⨯的微分,引入了r ω'⨯与 ()r ωω'⨯⨯项。 2 刚体的动量,角动量,动能 (1)动量:c P m υ= (2)角动量: x x xx xy xz i i i y yx yy yz y zx zy zz z z L J J J L r m L J J J J J J J L ωυωωω⎛⎫⎛⎫ ⎛⎫-- ⎪ ⎪ ⎪=⨯===-- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭ ⎝⎭ ∑ 式中: 转动惯量()()()222222xx yy zz J y z dm J z x dm J x y dm ⎧=+⎪⎪ =+⎨⎪ =+⎪⎩ ⎰⎰⎰

惯量积xx yy zz J xydm J yzdm J zxdm ⎧=⎪ ⎪=⎨⎪ =⎪⎩⎰⎰⎰ 且 c c c L r m L υ'=⨯+ * l e 方向(以l 为轴)的转动惯量: (,,αβγ分别为l e 与,,x y z 轴夹角的余弦) * 惯量主轴 惯量主轴可以是对称轴或对称面的法线 若X 轴为惯量主轴,则含X 的惯量积为0,即: 0==xy xz J J 若,,x y z 轴均为惯量主轴,则:xx yy zz L J i J j J k =++ 〈析〉建立的坐标轴轴应尽可能的是惯量主轴,这样会降低解题繁度。 (3) 动能:2221 1112222 c i i c c i T m m m J υυυωω'=+=+∑ * 定轴转动时: 212T J ω= * 平面平行运动: 2211 22 c c T m J υω=+ 3刚体的动力学方程 与质点动力学方程相同。 〈析〉求角动量L 时,须注意: 4 刚体的定轴转动: 质心定理: ()22e c d r m F dt = 角动量定理: ()e dL M dt = 〈析〉须注意外力与外力矩包括轴对物体作用

(完整版)理论力学课后习题答案第11章达朗贝尔原理及其应用

第 11 章 达朗贝尔原理及其应用 11-1 均质圆盘作定轴转动,此中图( a ),图( c )的转动角速度为常数,而图( b ),图( d ) 的角速度不为常量。试对图示四种情况进行惯性力的简化。 ≠ ≠ (a ) (b ) (c ) (d ) 习题 11-1 图 F I F I n O O F I t M I O O O ≠ M IO ≠ (a ) (b ) (c ) ( d ) 习题 11-1 解图 解:设圆盘的质量为 m ,半径为 r ,则如习题 11-1 解图: (a ) F I mr 2 , M I O 0 ( b ) F I n mr 2 , F I t mr ,M IO J O 3 mr 2 2 ( c ) F I 0,M IO 0 ( d ) F I 0,M IO J O 1 mr 2 2 11- 2 矩形均质平板尺寸如图,质量 27kg ,由两个销子 A A 、 B 悬挂。若忽然撤去销子 B ,求在撤去的刹时平板的角加 速度和销子 A 的拘束力。 C 解:如图( a ):设平板的质量为 m ,长和宽分别为 a 、 b 。 F I m M I A J A [ 1 m( a 2 b 2 ) m AC 2] 习题 11-2 图 12 2 F Ay M A (F ) 0;M IA 0 ; 47.04 rad/s F I F Ax A F x 0 ; F I sin F Ax 0 ;此中: sin 3 M IA 5 C F Ax 95.26 N F y 0 ; F I cos F Ay mg 0 ; sin 4 a C mg 5 B m 5 1 . B m 5 1 .

完整word版理论力学课后习题及答案解析

理论力学教科书课后习题及解析 第一章偶,大小是260Nm,转向是逆时针。 。.求图示平面力系的合成结果,长度单位为m1习题4- 习题4-3.求下列各图中平行分布力的合力和对于A点之矩。 A点的矩是:(1) 解:平行力系对O(1) 解:取点为简化中心,求平面力系的主矢: B取点为简化中心,平行力系的主矢是: 求平面力系对点的主矩:O 点的主矩是:B 平行力系对 B RB向点简化的结果是一个力,且:M和一个力偶合成结果:平面力系的主矢为零,主矩不为零,力系的合成结果是一个合力(2) B. 理论力学教科书课后习题及解析

A,且:M向A点简化的结果是一个力如图所示;R和一个力偶A 如图所示; 将,使满足:d R向下平移一段距离 B 的大小等于载荷分布的其几何意义是:。R最后简化为一个力R,大小等于R B,使满足:d R将向右平移一段距离A矩形面积,作用点通过矩形的形心。 A(2) 取点为简化中心,平行力系的主矢是: 的大小等于载荷分布的R。其几何意义是:RR最后简化为一个力,大小等于A三角形面积,作用点通过三角形的形心。点的主矩是:A平行力系对. 理论力学教科书课后习题及解析 列平衡方程: 。.求下列各梁和刚架的支座反力,长度单位为习题4-4m

解方程组: 反力的实际方向如图示。 校核: 解:(1) 研究AB杆,受力分析,画受力图:结果正确。 (2) 研究AB杆,受力分析,将线性分布的载荷简化成一个集中力,画受力图:理论力学教科书课后习题及解析

(3) 研究ABC,受力分析,将均布的载荷简化成一个集中力,画受力图:列平衡方程: 解方程组:列平衡方程: 反力的实际方向如图示。 校核:解方程组: 结果正确。. 理论力学教科书课后习题及解析 反力的实际方向如图示。校核:

理论力学课后习题答案

第7章 点的合成运动 一、是非题(正确的在括号内打“√”、错误的打“×”) 1.点的速度和加速度合成定理建立了两个不同物体上两点之间的速度和加速度之间的 关系。 ( √ ) 2.根据速度合成定理,动点的绝对速度一定大于其相对速度。 ( × ) 3.应用速度合成定理,在选取动点和动系时,若动点是某刚体上的一点,则动系不可以固结在这个刚体上。 ( √ ) 4.从地球上观察到的太阳轨迹与同时在月球上观察到的轨迹相同。 ( × ) 5.在合成运动中,当牵连运动为转动时,科氏加速度一定不为零。 ( × ) 6.科氏加速度是由于牵连运动改变了相对速度的方向而产生的加速度。 ( √ ) 7.在图中,动点M 以常速度r v 相对圆盘在圆盘直径上运动,圆盘以匀角速度ω绕定轴 O 转动,则无论动点运动到圆盘上的什么位置,其科氏加速度都相等。 ( √ ) 二、填空题 1.已知r 234=++v i j k ,e 63=-ωi k ,则k =a 18 i + -60 j + 36 k 。 2.在图中,两个机构的斜杆绕O 2的角速度均为2ω,O 1O 2的距离为l ,斜杆与竖直方向的夹角为θ,则图(a)中直杆的角速度= 1ωθ θωcos sin 2 ,图(b)中直杆的角速度=1ω2ω。 图 图 3.科氏加速度为零的条件有:动参考系作平动、0=r v 和r e v ω//。 4.绝对运动和相对运动是指动点分别相对于定系和动系的运动,而牵连运动是指牵连点相对于定系的运动。牵连点是指某瞬时动系上和动点相重合的点,相应的牵连速度和加速度是指牵连点相对于定系的速度和加速度。 5.如图所示的系统,以''Ax y 为动参考系,Ax'总在水平轴上运动,AB l =。则点B 的相对轨迹是圆周,若kt ?= (k 为常量),点B 的相对速度为lk ,相对加速度为2lk 。

理论力学简明教程第三章非惯性参考系课后答案

第三章 非惯性参考系 不识庐山真面目,只缘身在此山中。地球的多姿多彩,宇宙的繁荣,也许在这里可以略见一斑。春光无限,请君且放千里目,别忘了矢量语言在此将大放益彩。 【要点分析与总结】 1 相对运动 t r r r '=+ t t dr dr dr dr dr r dt dt dt dt dt υω'''= =+=++? t r υυω''=++? ()t dv dv d v r a dt dt dt ω''+?==+ 222**22()t d r d r d dr r v r dt dt dt dt ωωωω'''''=++?+?+?+?()2t a a r r v ωωωω''''=++?+??+? t c a a a '=++ 〈析〉仅此三式便可以使“第心说”与“日心说”归于一家。 (1) 平动非惯性系 (0ω=) t a a a '=+ 即:()t ma F ma '=+- (2) 旋转非惯性系 (0t t a υ==) ()2a a r r ωωωωυ''''=+?+??+? 2 地球自转的效应(以地心为参考点) 2mr F mg m r ω=--?

写成分量形式为: 2sin 2(sin cos )2cos x y z mx F m y my F m x z mz F mg m y ωλωλλωλ ?=+? =-+?? =-+? 〈析〉坐标系选取物质在地面上一定点O 为坐标原点,x 轴指向南方,y 轴指向东方,铅直方向为 z 轴方向。 2mr F mg m r ω=--? 为旋转非惯性系 ()2F mg mr m r m r m r ωωωω-=+?+??+?在 ,r R ω ω 条件下忽略 m r ω?与 ()m r ωω??所得。正因如此,地球上的物体运动均受着地球自转而带来的科氏力 2m r ω-?的作用,也正是它导致了气旋,反气旋,热带风暴,信风,河岸右侧冲刷严重,自由落体,傅科摆等多姿多彩的自然现象。 〈注〉自由落体偏东的推导时,取 F =0,且须应用级数展开,对小 量ω作近似 21 cos 21(2),sin 222 t t t t ωωωω≈-≈ 【解题演示】 1 一船蓬高4米,在雨中航行时,它的雨篷遮着蓬的垂直投影后2m

理论力学课后答案第二章

?研充时HI按* Et3 : Al平術汇空宦歼b交料川的钓痕力耳处通it点心方自即阳b陌示.Ik帑标条 C T■Ell平胡理论咼 SA t=€.F-"K3=0⑴ 已暂F兰5 ODD N .棗与撑祎自虫不计匚 求BC'ffK内力及铁员的反力。 解该系统曼力如图(訂, 三力匸交于艰0 ?苴封訥的力三角膠如图冷人祥得屉二5 OOON』仏二疔000 W 如曲日所m - I刖架的点釦乍门木平力只刷噓浪就不if求支屎儿D 的约 2-2 %="F 2-3铰链4杆机构CABD的CD边固定,在铰链A、B处有力F i, F2作用,如图所示。该机构在图示位置平衡,不计杆自重。求力F i与F2的关系。 心 ) 何 y

已扣两伦备車 P A ^P L ?处于T 册状态,杆電 不比 求I )若片=丹=巴 角e -? 2)若 P A - 300 B = 0血=? ffi 八5两轮受力分别 如图示■对A 辂育 SX = 0* F 刚 cEjedO* — F\g oos$ = 0 SY 二 0a F sx tin60T - F 屈 sinfl - P A = tj 对 B 轮育 SX ■ 0, Fn ooa? - F,\& 8^3(/ = 0 IV = 0. F rw sinff 下 F 斶 anJO* - P n = (1) 四牛封程嬴立求AL 爾<3-30* (2) 把拧-0\F A - 300 M 代入方社,联立解筹 P fl = 100 N 2-5如图2-10所示,刚架上作用力F 。试分别计算力 F 解 M A (F) = -Fbcose M s [F) - -Fb cos0 + FosinB 二 F(osiii0-bcos0) 况下支座A 和B 的约束力。 2-6已知梁AB 上作用1力偶,力偶矩为M ,梁长为I ,梁重不计。求在图 a, b, c 三种情 2-4 解⑴柠点掐坐WAS 力如囲 归所示"H3平祈刖论咼 =0, cosl5° + F 1C osS0e =0. F ..= *9 2g 节点瓦腿标歴覺力如国 所小*血丫轉理论得 2S -F^ ccs 30fr -f ; cosW )0 =0 ^=-^=—^— = 1.553^ F 、: - 0.644 对点A 和B 的力矩。

理论力学课后习题答案整合

(a-1) 第1篇 工程静力学基 础 第1章 受力分析概述 1-1 图a 、b 所示,Ox 1y 1与Ox 2y 2分别为正交与斜交坐标系。试将同一力F 分别对两坐标系进行分解和投影,并比较分力与力的投影。 习题1-1图 解:(a )图(c ):1 1 s i n c o s j i F ααF F += 分力:11 cos i F αF x = , 1 1 s i n j F αF y = 投影:αcos 1F F x = , αs i n 1 F F y = 讨论:?= 90°时,投影与分力的模相等;分力是矢量,投影是代数量。 (b )图(d ): 分力:22)cot sin cos (i F ?ααF F x -= ,2 2sin sin j F ? α F y = 投影:αcos 2 F F x = , ) cos(2 α?-=F F y 讨论:?≠90°时,投影与分量的模不等。 (c ) 2 2 x (d )

C (a-2) D R (a-3) (b-1) 1-2试画出图a和b两种情形下各物体的受力图,并进行比较。 D R 习题1-2图 比较:图(a-1)与图(b-1)不同,因两者之F R D值大小也不同。 1-3试画出图示各物体的受力图。

习题1-3图 B 或(a-2) B (a-1) (b-1) F (c-1) 或(b-2)

1-4 图a 所示为三角架结构。荷载F 1作用在铰B 上。杆AB 不计自重,杆BC 自重为W 。试画出b 、c 、d 所示的隔离体的受力图,并加以讨论。 习题1-4图 (e-1) 1 (f-1) (e-3) 'A (f-2) 1 O (f-3) F A F B F A

陈世民理论力学简明教程(第二版)答案第六章

第六章 分析力学 滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。达朗贝尔,拉格朗日,哈密顿等许多前贤相聚于此“力学论剑”,其“冲击波”使非线性问题也不攻自破。长江后浪推前浪,你也许在此可以更加“得意忘形‘。微分方程将叱咤风云。 [要点分析与总结] 1虚功原理:(平衡时) 理想条件下,力学系的平衡条件是各质 点上的主动力所作的虚功之和为零: 1 0n i i i W F r δδ==∙=∑ 用广义坐标来表述: 310n i i i x W F q q αα δδ=∂==∂∑ 2达朗贝尔原理(动力学下的虚功原理): 1 ()0n i i i i i W F m r r δδ==-∙=∑ 〈析〉r δ,W δ均是在时间未变化(0dt =)时所设想的量,而广义坐标a q 可以是角度,长度或其它的独立的坐标变量。 3拉格朗日方程 ()d T T Q dt q q ααα ∂∂-=∂∂ (1,2,3,,a s = 在保守力下,取拉氏数 L T V =-

方程为: ()0d L L dt q q αα ∂∂-=∂∂ 若拉氏数中L 不显含广义坐标q β,则:0L q β ∂=∂ 即 循环积分: L p const q ββ∂==∂ 4微振动 非线性系统在小角度近似下,对拉氏方程的应用 5哈密顿函数与正则方程 (1) 哈密顿函数 1(,,)s H p q t L p q ααα==-+∑ 式中T L p q q ααα∂∂= = ∂∂ 为广义坐标动量 (2) 正则方程 H q P H p q H L t t αααα ∂=∂∂=-∂∂∂=-∂∂ (1,2,3,, a s = 若哈氏函数H 中不显含广义坐标q β,则:0H p q ββ ∂=-=∂ 即:循环积分 T p const q ββ∂= =∂ 在稳定条件下(H 中不显含t ),1 2s p q T ααα==∑ 则有能量积分: H T V =+ 6泊松括号

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理论力学课后习题答案 第10章 动能定理及其应用 )

(a) A (a) O 第10章 动能定理及其应用 10-1 计算图示各系统的动能: 1.质量为m ,半径为r 的均质圆盘在其自身平面内作平面运动。在图示位置 时,若已知圆盘上A 、B 两点的速度方向如图示,B 点的速度为v B , θ = 45o(图a )。 2.图示质量为m 1的均质杆OA ,一端铰接在质量为 m 2的均质圆盘中心,另一端放在水平面上,圆盘在地面上作纯滚动,圆心速度为v (图b )。 3.质量为m 的均质细圆环半径为R ,其上固结一个质量也为m 的质点A 。细圆环在水平面上 作纯滚动,图示瞬时角速度为ω(图c )。 解: 1.2 22222163)2(2121)2(212121B B B C C C mv r v mr v m J mv T =?+=+= ω 2.2 22122222214321)(21212121v m v m r v r m v m v m T +=?++= 3.2 2222222)2(2 12121ωωωωmR R m mR mR T =++= 10-2 图示滑块A 重力为1W ,可在滑道内滑动,与滑块A 用铰链连接的是重力为2W 、长为l 的匀质杆AB 。现已知道滑块沿滑道的速度为1v ,杆AB 的角速度为1ω。当杆与铅垂线的夹角为?时,试求系统 的动能。 解:图(a ) B A T T T += )2 1 21(21222211ωC C J v g W v g W ++= 21 221121212211122]cos 22)2 [(22ω?ωω??+?++++=l g W l l v l v l g W v g W ]c o s 3 1 )[(2111221222121?ωωv l W l W v W W g +++= 10-3 重力为P F 、半径为r 的齿轮II 与半径为r R 3=的固定内齿轮I 相啮合。齿轮II 通过匀质的曲柄OC 带动而运动。曲柄的重力为Q F ,角速度为ω,齿轮可视为匀质圆盘。试求行星齿轮机构的动能。 解: C OC T T T += 2222)21(212121C C C C OC O r m v m J ωω++= 22P 2P 22Q )2(41)2(21])2(31[21r r r g F r g F r g F ωωω++= 习题10-2图 习题10-3图 B (a) 习题10-1图 (b) (c)

课后习题答案全集

3500份课后答案,很值得收藏,这里只介绍了一部分。 还有很多,可以去课后答案网(https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs)查找。 ##################【公共基础课-答案】#################### 新视野大学英语读写教程答案(全)【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=108&fromuid=1104018 概率论与数理统计教程(茆诗松著) 高等教育出版社课后答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=234&fromuid=1104018 高等数学(第五版)含上下册高等教育出版社课后答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=29&fromuid=1104018 新视野英语听力原文及答案课后答案【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=586&fromuid=1104018 线性代数(同济大学应用数学系著) 高等教育出版社课后答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=31&fromuid=1104018 21世纪大学英语第3册(1-4)答案【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=285&fromuid=1104018 概率与数理统计第二,三版(浙江大学盛骤谢式千潘承毅著) 高等教育出版社课后答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=32&fromuid=1104018 复变函数全解及导学[西安交大第四版]【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=142&fromuid=1104018 大学英语精读第三版2册课后习题答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=411&fromuid=1104018 线性代数(第二版)习题答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=97&fromuid=1104018 21世纪(第三册)课后答案及课文翻译(5-8)【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=365&fromuid=1104018 大学英语精读第2册课文翻译(上外)【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=598&fromuid=1104018 新视野英语视听说教程1-4答案【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=2639&fromuid=1104018 物理学教程(马文蔚)答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=1188&fromuid=1104018 毛邓三课后思考题答案(高教版)高等教育出版社【khdaw】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=1263 &fromuid=1104018 ##################【通信/电子/电气/自动化类--答案】#################### 电路第四版(邱关源著) 高等教育出版社课后答案 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=259&fromuid=1104018 电路第五版(邱关源罗先觉著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】 https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=4097&fromuid=1104018 数字电子技术基础第四版(阎石著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】https://www.360docs.net/doc/8419152183.html,/bbs/viewthread.php?tid=215&fromuid=1104018 模拟电子技术基础(第三版华成英主编)习题答案

理论力学_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

理论力学_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年 1.以下关于铰链约束的说法中,正确的是() 参考答案: 光滑铰链约束和光滑球铰链约束本质上都是光滑接触约束,约束力其实只 有一个。 2.以下关于静力学中的约束概念的说法中,正确的是() 参考答案: 主动力是指那些能够使物体产生运动或运动趋势的力,比如重力、载荷力 等等。 3.以下关于加减平衡力系原理及其推论的说法中,错误的是() 参考答案: 由三力平衡汇交定理可知,一个刚体如果仅受三个力的作用,若刚体保持 平衡的话,则三个力的作用线必相交于一点,并且这三个力位于同一平面 上。 4.图示六杆支撑一水平板ABCD,在板角D处受向上铅直力P作用。求各杆 的内力(并标出是拉力还是压力),设板和杆的自重不计,答案正确的是()【图片】 参考答案: F1=-P (受拉),F3=P(受压), F5=-P (受拉), F2=F4=F6=0 5.曲柄 OA 以恒定的角速度ω=2rad/s绕轴O转动,并借助连杆AB驱动半径 为r的轮子在半径为R的圆弧槽中作无滑动的滚动。设OA=AB=R=2r=1m,求如图所示瞬时点B和点C的速度与加速度。【图片】

参考答案: 2m/s 2.828m/s 8m/s2 11.31m/s2 6.平面悬臂桁架所受载荷如图所示。则1、2、3杆的内力为().【图片】 参考答案: F1=-3.55F(受压),F2=1.67(受拉),F3=-1.11F(受压) 7.图示结构位于铅垂面内,由杆AB、CD及斜T形杆BCE组成,不计各杆自 重。已知载荷F和M,及尺寸a。则固定端A处的约束力为().【图片】 参考答案: FAx=2F-M/2a, FAy=F-M/2a,MA=Fa-M/2 8.如图所示,用三根杆连接成一构件,各连接点均为铰链,B处接触表面光滑, 不计各杆的重量。图中尺寸单位为m。则铰链D处所受到的力为( ).【图片】参考答案: 67.1kN 9.如图所示齿轮 I 在齿轮 II 内滚动,其半径分别为 r =0.1m和 R=0.2m。曲柄 OO 1 绕轴 O 以等角速度ωO=2rad/s转动,并带动行星齿轮 I。求该瞬时轮 I 上瞬时速度中心 C 的加速度。【图片】 参考答案: 0.8rad/s2 10.点沿曲线运动,如图所示各点所给出的速度和加速度哪些是可能的?哪些是 不可能的?【图片】 参考答案:

理论力学简明教程第六章答案

第六章 分析力学 滔滔长江东逝水,浪花淘尽英雄。达朗贝尔,拉格朗日,哈密顿等许多前贤相聚于此“力学论剑”,其“冲击波”使非线性问题也不攻自破。长江后浪推前浪,你或许在此能够加倍“忘乎因此‘。微分方程将叱咤风云。 [要点分析与总结] 1虚功原理:(平稳时) 理想条件下,力学系的平稳条件是各质 点上的主动力所作的虚功之和为零: 10n i i i W F r δδ==•=∑ 用广义坐标来表述: 310n i i i x W F q q αα δδ=∂==∂∑ 2达朗贝尔原理(动力学下的虚功原理): 1()0n i i i i i W F m r r δδ==-•=∑ 〈析〉r δ,W δ均是在时刻未转变(0dt =)时所假想的量,而广义坐标a q 能够是角度,长度或其它的独立的坐标变量。 3拉格朗日方程 ()d T T Q dt q q ααα ∂∂-=∂∂ (1,2,3,,)a s = 在保守力下,取拉氏数 L T V =-

方程为: ()0d L L dt q q αα ∂∂-=∂∂ 假设拉氏数中L 不显含广义坐标q β,那么:0L q β ∂=∂ 即 循环积分: L p const q ββ ∂==∂ 4微振动 非线性系统在小角度近似下,对拉氏方程的应用 5哈密顿函数与正那么方程 (1) 哈密顿函数 1(,,)s H p q t L p q ααα==-+∑ 式中T L p q q ααα ∂∂= = ∂∂为广义坐标动量 (2) 正那么方程 H q P H p q H L t t αα αα ∂= ∂∂=- ∂∂∂=-∂∂ (1,2,3,,)a s = 假设哈氏函数H 中不显含广义坐标q β,那么:0H p q ββ ∂=-=∂ 即:循环积分 T p const q ββ ∂= =∂ 在稳固条件下(H 中不显含t ),1 2s p q T ααα==∑那么有能量积分: H T V =+ 6泊松括号

理论力学第二章课后习题答案

理论力学第二章课后习题答案 ·12·理论力系 第2章平面汇交力系与平面力偶系 一、是非题(恰当的在括号内踢“√”、错误的踢“×”) 1.力在两同向平行轴上投影一定相等,两平行相等的力在同一轴上的投影一定相等。 2.用解析法求平面呈报力系的合力时,若挑选出相同的直角坐标轴,其税金的合力 一定相同。(√) 3.在平面汇交力系的平衡方程中,两个投影轴一定要互相垂直。(×) 4.在维持力偶矩大小、转为维持不变的条件下,可以将例如图2.18(a)右图d处为平面力偶m移至例如图 2.18(b)所示e处,而不改变整个结构的受力状态。(×) (a)图2.18 5.如图2.19所示四连杆机构在力偶m1m2的作用下系统能保持平衡。 6.例如图2.20右图皮带传动,若仅就是包角发生变化,而其他条件均维持维持不 变时,并使拎轮旋转的力矩不能发生改变。(√ 图2.19图2.20 1.平面呈报力系的均衡的充要条件就是利用它们可以解言的约束反力。 2.三个力汇交于一点,但不共面,这三个力 3.例如图2.21右图,杆ab蔡国用数等,在五个力促进作用下处在平衡状态。则促 进作用于点b的四个力的合力fr=f,方向沿 4.如图2.22所示结构中,力p对点o的矩为plsin。 5.平面呈报力系中作力多边形的矢量规则为:各分力的矢量沿着环绕着力多边形边 界的某一方向首尾相接,而合力矢量沿力多边形半封闭边的方向,由第一个分力的起点指 向最后一个分力的终 第面汇交力系与平面力偶 图2.21图2.22

6.在直角坐标系中,力对坐标轴的投影与力沿坐标轴分解的分力的大小但在非直角坐标系中,力对坐标轴的投影与力沿坐标轴分解的分力的大小不相等。 1.例如图2.23右图的各图为平面呈报力系所作的力多边形,下面观点恰当的就是(c)。(a)图(a)和图(b)就是平衡力系则(b)图(b)和图(c)就是平衡力系则(c)图(a)和图(c)就是平衡力系则(d)图(c)和图(d)就是平衡力系则 f2f2f1 (a)(b)(c) 2.关于某一个力、分力与投影下面说法正确的是(b)。 (a)力在某坐标轴上的投影与力在该轴上的分力都就是矢量,且大小成正比,方向一致(b)力在某坐标轴上的投影为代数量,而力在该轴上的分力就是矢量,两者全然相同(c)力在某坐标轴上的投影为矢量,而力在该轴上的分力就是代数量,两者全然相同(d)对通常坐标系,力在某坐标轴上投影的量值与力在该轴上的分力大小成正比 3.如图2.24所示,四个力作用在一物体的四点a、b、c、d上,设p1与p2,p3与p4大小相 等、方向恰好相反,且促进作用线互相平行,该四个力所作的力多边形滑动,那么(c)。 (a)力多边形闭合,物体一定平衡 (b)虽然力多边形滑动,但促进作用在物体上的力系并非平面呈报力系,无法认定物体 (c)作用在该物体上的四个力构成平面力偶系,物体平衡由mi0来判定 (d)上述观点均并无依据 4.力偶对物体的作用效应,取决于(d)。 (a)力偶矩的大小 (c)力偶的作用平面(b)力偶的转向 (d)力偶矩的大小,力偶的转为和力偶的促进作用平面 ·14·理论力学 5.一个不均衡的平面呈报力系,若满足用户fx0的条件,则其合力的方位应当就是(a)。

理论力学课后习题答案

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第12章动能定理 一、是非题(正确的在括号内打“√”、错误的打“×”) 1.圆轮纯滚动时,与地面接触点的法向约束力和滑动摩擦力均不做功。 ( √ ) 2.理想约束的约束反力做功之和恒等于零。 ( √ ) 3.由于质点系中的内力成对出现,所以内力的功的代数和恒等于零。 ( × ) 4.弹簧从原长压缩10cm和拉长10cm,弹簧力做功相等。 ( √ ) 5.质点系动能的变化与作用在质点系上的外力有关,与内力无关。 ( × ) 6.三个质量相同的质点,从距地相同的高度上,以相同的初速度,一个向上抛出,一个水平抛出,一个向下抛出,则三质点落地时的速度相等。 ( √ ) 7.动能定理的方程是矢量式。 ( × ) 8.弹簧由其自然位置拉长10cm,再拉长10cm,在这两个过程中弹力做功相等。 143

144 ( × ) 二、填空题 1.当质点在铅垂平面内恰好转过一周时,其重力所做的功为 0 。 2.在理想约束的条件下,约束反力所做的功的代数和为零。 3.如图所示,质量为1m 的均质杆OA ,一端铰接在质量为2m 的均质圆轮的轮心,另一端放在水平面上,圆轮在地面上做纯滚动,若轮心的速度为o v , 则系统的动能=T 2 22014 321 v m v m +。 4.圆轮的一端连接弹簧,其刚度系数为k ,另一端连接一重量为P 的重物,如图所示。初始时弹簧为自然长,当重物下降为h 时,系统的总功 =W 2 2 1kh Ph - 。 图 图 5.如图所示的曲柄连杆机构,滑块A 与滑道BC 之间的摩擦力是系统的内力,设已知摩擦力为F 且等于常数,则曲柄转一周摩擦力的功为Fr 4-。

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第11章 动量矩定理 一、是非题(正确的在括号内打“√”、错误的打“×”) 1. 质点系对某固定点(或固定轴)的动量矩,等于质点系的动量对该点(或轴)的矩。 (×) 2. 质点系所受外力对某点(或轴)之矩恒为零,则质点系对该点(或轴)的动量矩不变。(√) 3. 质点系动量矩的变化与外力有关,与内力无关。 (√) 4. 质点系对某点动量矩守恒,则对过该点的任意轴也守恒。 (√) 5. 定轴转动刚体对转轴的动量矩,等于刚体对该轴的转动惯量与角加速度之积。 (×) 6. 在对所有平行于质心轴的转动惯量中,以对质心轴的转动惯量为最大。 (×) 7. 质点系对某点的动量矩定理e 1 d ()d n O O i i t ==∑L M F 中的点“O ”是固定点或质点系的质心。 (√)

1 8. 如图所示,固结在转盘上的均质杆AB ,对转轴的转动惯量为20A J J mr =+ 221 3 ml mr =+,式中m 为AB 杆的质量。 (×) 9. 当选质点系速度瞬心P 为矩心时,动量矩定理一定有e 1 d ()d n P P i i t ==∑L M F 的 形式,而不需附加任何条件。 (×) 10. 平面运动刚体所受外力对质心的主矩等于零,则刚体只能做平动;若所受外力的主矢等于零,刚体只能作绕质心的转动。 (×) 图 二、填空题 1. 绕定轴转动刚体对转轴的动量矩等于刚体对转轴的转动惯量与角速度的乘积。 2. 质量为m ,绕z 轴转动的回旋半径为ρ,则刚体对z 轴的转动惯量为 2ρm J z =。 3. 质点系的质量与质心速度的乘积称为质点系的动量。

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