2018-05-17-理论力学实验指导书及实验报告

哈尔滨工业大学（威海）理论力学实验指导书

张天伟

力 学 实 验 室

2018 年 05 月

一、测量重心实验

1、测量重心的重要性

在地球表面附近的空间中，任何物体的各个质点都受到铅垂向下的地球引力作用，习惯

称之为重力。物体重力合力的作用点称为物体的重心。

物体的重心是力学和工程中的一个重要的概念，在许多工程问题中，物体重心的位置对

物体的平衡或运动状态起着重要的作用。如起重机的重心位置若超出某一范围，起重机工作

时就会出事故；高速旋转的轴及其上各部件的重心如不在转轴轴线上，将引起剧烈振动而影

响机器的寿命甚至发生事故；飞机、轮船及车辆的重心位置对他们运动的稳定性和可操控性

也有极大的关系。因此，测定物体重心的位置，在工程中有着重要的意义。

2、实验测量重心的方法及原理

工程中经常遇到形状复杂或非均质的物体，此时其重心的位置可用实验方法确定。另外，虽然设计时重心的位置计算的很精确，但由于在制造和装配时产生误差等原因，待产品制成后，其重心不在设计的范围内，也可以用实验的方法来进行重心的测定。下面介绍两种常用的实验方法。

（1）悬吊法

对于薄板形物体或具有对称面的薄零件，可将物体悬挂于任一点 A，待平衡时，设法标出线段 AB，根据二力平衡公理，重心必在此线上。再将该物体悬挂于任一点 D，待平衡时，设法标出线段 DE，则两线段的交点 C 就是该物体的重心。

（2）称重法

对于形状复杂、体积庞大的物体或由许多零件组成的物体系，常用称重法测定重心的位置。假设物品的重心距一端的距离为 x c，为测定 x c的值，将物体一端置于台面上，一端置于磅秤上，读出磅秤的读数 F1；再将物体左右调换方向放置，读出磅秤读数 F2。

则物体的重量为：

W= F1+ F2

重心距离一端的距离为：

3、学习目标

理解重心的概念；

掌握悬吊法与称量法测重心的方法；

实测组合型钢试件与发动机连杆的重心位置。

4、实验工具设备及试件

组合型钢挂件

发动机连杆

水平尺

积木垫块

电子秤

5、实验步骤及数据处理

1）顺时针旋转电源开关，打开试验台电源。

2）触屏输入用户代号 01，密码 1，点击进入实验。

3）点击“测量重心实验”，进入实验界面。

4）从抽屉中取出组合型钢的试件，将 A4 纸固定在纸板上，用铅笔把组合件的外形描好。 5）将组合件挂在横杆上并使其自然垂挂，把描好的外形与挂件重合，画悬绳延长线。

6）换一根绳挂好组合件，用同样的方法画直线。

7）两次直线的交点即为组合件的重心。

8）进入称重法测量重心界面。

9）取出黑色高度可调垫块放在桌面上，调节垫块与秤盘等高。

10）将连接杆平放于称和垫块上，调节水平，读出称上的重量。

11）掉转连接杆，再一次称量重量。

12）求出连杆重心位置。

6、思考题

如何用悬吊法测量非薄板类试件的重心？

称量法测重心，本实验的做法是否合理，如何改进提高测量精度？

如何用称量法确定试件的重心高度？

实验报告： 实验名称： 设备编号： 记录人： 同组实验人： 实验日期：

1、实验前准备工作

（1）事先查看测量重心实验指导书，了解实验的具体内容、使用仪器及操作步骤。

（2）认真听取实验老师讲解，进一步了解实验的细节、注意事项等。

（3）所用仪器：组合型钢挂件、发动机连杆、水平尺、积木垫块、电子秤

2、测试内容

（1）悬吊法

对组合型钢悬吊两次，用一张A4纸图示出重心位置。也可用一种先进的方法，即用数码相机摄像，并将信息输入计算机内，用CAD 绘图技术找出重心位置。

（附A4纸）

（2）称重法

在下页的空白处描出连杆两端大圆小圆的位置，找出圆心。并测量和计算：

大圆中心与小圆中心间距：

l = （单位：cm ）

大头对秤的作用力（g 取9.8N/kg ）：

F 1= （单位：N ）

小头对秤的作用力：

F 2= （单位：N ）

连杆的重量：

=+=21F F W （单位：N ）

重心距小头几何中心的距离：

==W l F x 1c （单位：cm ）

二、四种载荷实验

1、学习目标

初步理解渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷的概念。

画出不同加载情况下力与时间的关系曲线，比较四者的异同。

2、实验装置和工具

电子秤

沙袋

振动载荷

漏斗

铁架台

3、实验步骤与数据处理

1）顺时针旋转电源开关，打开试验台电源。

2）触屏输入用户代号 01，密码 1，点击进入实验。

3）点击“四种载荷实验”，进入实验界面。

A、渐加载荷

A1、点击“渐加载荷实验”按钮，进入渐加载荷实验界面。

A2、向漏斗中装入 500g 沙子，用铁架台悬于电子秤上方。

A3、电子秤秤盘上放上一个空沙袋。

A4、在触屏上点击“开始”按钮。

A5、打开漏斗阀门，沙子逐渐漏入秤盘上的沙袋。

A6、沙子漏完后，触屏上自动显示出加载曲线，将其拍照或描画出来。

B、突加载荷

B1、点击“突加载荷实验”按钮，进入突加载荷实验界面。

B2、在触屏上点击“开始”按钮。

B3、将 500g 的沙袋在距称面 5mm 的地方突然松开。

B4、触屏上自动显示出加载曲线，将其拍照或描画出来。

C、冲击载荷

C1、点击“冲击载荷实验”按钮，进入冲击载荷实验界面。

C2、在触屏上点击“开始”按钮。

C3、将 500g 的沙袋在距称面 50mm 高的位置突然松开。

C4、触屏上自动显示出加载曲线，将其拍照或描画出来。

D、振动载荷

D1、点击“偏振载荷实验”按钮，进入振动载荷实验界面。

D2、在触屏上点击“开始”按钮。

D3、将振动模型放在称重器上，打开电源开关。

D4、触屏上自动显示出加载曲线，将其拍照或描画出来。

4、思考题

4种不同载荷（渐加载荷、突加载荷、冲击载荷、振动载荷）分别作用于同一座桥上时，哪一种最不安全？