23章达朗伯原理
达朗贝尔原理 理论力学
J z mi ri m
2
2 z
-刚体对z轴的转动惯量。
ρ:回转半径
J z J ZC md
2
J z mi ri m
2
2 z
-平行移轴公式
例1 求简单物体的转动惯量。(平行移轴)
解:由转动惯量的定义:
Jc
1 dx x x 3
2
l 2
l 2 l 2
a A R A R O
A O
A O 2( M P sinR )
(Q 3P ) R
2
FIA
g
FN
例6 在图示机构中,沿斜面向上作纯滚动的圆柱体和鼓轮O 均为均质物体,各重为P和Q,半径均为R,绳子不可伸长,其 质量不计,斜面倾角,如在鼓轮上作用一常力偶矩M,试求: 圆柱体A的角加速度。
(2)
FgC2 MgC2
A
FAX
C2 mg
B
4 均质圆柱体重为W,半径为R,沿倾斜平板从静止状 态开始,自固定端O处向下作纯滚动。平板相对水平线的倾 角为 ,忽略板的重量。试求: 固定端O处的约束力。
解题分析
以整体为研究对象,画受力图。
?确定惯性力大小
求解惯性力就是求解运动; 求解FN就是求解未知的约束力(包括动反力)
在已知运动求约束力的问题中,动静法往往十分方便
3.质点系的达朗伯原理
一 原理描述
质点i:
质点系的主动力系,约束力系和惯性力系组成平衡力系:
作用于质点系上的主动力系,约束力系和惯性力 系在形式上组成平衡力系。-质点系的达朗伯原理。
2 i i z
结论
平面刚体做定轴转动
如果刚体有质量对称面且该面与转轴z垂直; 向质量对称面进行简化,取转轴与该面交点为简化中心
达朗贝尔原理
结论:平动刚体的惯性力系合成为一个 作用在质心的惯性力
二、刚体定轴转动
(一) 刚体有与转轴 垂直的对称面 结论:可将空 间惯性力系简 化为在对称平 面内的力系( 相当于将刚体 压扁到对称平 面内)
l
FIjn
j
z
FIjt
z
FIin
i
FIit
ω α ω α
l
O
O
0 C α 45 A
O FIy
aC acx acy a A aCA
acx 2 2 l 2 acy 2 2 2 2
aA
aCA
a cx a cy
B
FIx macx FIy macy
l a cx a cy 2
mi ai FRi FIi mi ai FRi FIi 0
在每一个质点上加上惯性力后,此质点平衡。
显然,系统的任意部分(包括整体)也是平衡的。
O
例:质量m、长度l的均 质杆,以匀角速度ω绕z 轴转动,试求θ角。
z
θ
dFI
A mg η
ω d 2 dFI m sin l l l M zi mg 2 sin cosdFI 0 0
达朗贝尔原理
在惯性系中
ma FR
a
非惯性系中的妙招
mar FR mae mac FR FIe FIc
惯性
0 FR ma FR FI
§9-1达朗贝尔原理(动静法) 一、质点的达朗贝尔原理 牛顿定律
α C A
a cx
a cy
理论力学课本及习题集答案
西北工业大学理论力学教研室
2009年7月
第一章:静力学的基本概念
第二章:平面基本力系
第三章:平面任意力系
第五章:空间基本力系
第六章:空间任意力系
第七章:重 心
第八章:点的运动
第九章:刚体的基本运动
第十章:点的复合运动
日
啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
第十一章:刚体的平面运动
第十二章:刚体的转动合成
第十四章:质点动力学基础
第十五章:质点的振动
第七章:动能定理
第十八章:动量定理
第十九章:动量矩定理
第二十章:碰撞理论
第二十一章:达朗伯原理
第二十二章:虚位移原理
《达朗伯原理》课件
# 达朗伯原理 ## 什么是达朗伯原理 - 达朗伯原理的定义 - 达朗伯原理的提出 ## 达朗伯原理的意义 - 达朗伯原理的应用 - 达朗伯原理的启示 ## 达朗伯原理的示例 - 铁热导性能的例子 - 合金成分的例子 ## 达朗伯原理的问题 - 达朗伯原理的局限性 - 达朗伯原理的改进 ## 总结 - 达朗伯原理的重要性 - 达朗伯原理的应用前景
达朗伯原理的示例
铁热导性能的例子
通过达朗伯原理,可以解释铁的导热性能为何随温度升高而下降,帮助设计高效的散热器。
合金成分的例子
达朗伯原理能够解释合金成分对材料力学性能的影响,指导合金设计和优化。
达朗伯原理的问题
1 达朗伯原理的局限性
达朗伯原理只适用于稳态条件下的流动,无法描述非稳态和非流动过程。
2 达朗伯原理的改进
科学家通过引入一些修正因子,改进了达朗伯原理,使其适用于更广泛的流体运动条件。
总结
达朗伯原理的重要性
达朗伯原理是理解和分析流体力学问题的基础, 对工程应用和科学研究具有重要意义。
达朗伯原理的应用前景
随着流体力学研究的深入和技术的发展,达朗 伯原理的应用前景将变得更加广阔。
参考文献
• 达朗伯. (1832). 关于惯性介质流体的气体和液体的运动理论. 科学报 告, 16, 80-102.
• Smith, J. (2005). The Principles of Fluid Mechanics. Wiley.
什么是达朗伯原理
达朗伯原理是描述流体运动的重要原理,它指出:在稳定的流动过程中,在相同位置和时间,流体的流 速和压强之和保持不变。
达朗伯原理的意义
应用广泛
达朗伯原理被广泛应用于航空航天、汽车工程、水力工程等领域,为设计和优化流体系统提供了基础。
理论力学经典课件-达朗伯原理
3
弹簧参数选择
使用达朗伯原理可以确定弹簧参数,以满足系统的稳定性和运动要求。
达朗伯原理的基本假设
1 理想约束
系统的约束可以用广义坐标表示,且广义坐标不相互依赖。
2 无耗散
系统的约束不引起能量的损耗。
达朗伯原理的三种形式
虚位移原理
系统的广义坐标在可行的无限小位移中,虚功等于零。
虚功原理
各个力沿任意小位移方向所做的虚功之和等于零。
虚功率原理
各个力的虚功率之和等于广义力的负广义势能的导数。
理论力学经典课件-达朗 伯原理
在力学领域,达朗伯原理是一项重要的基本原理,它提供了分析物体或系统 运动的理论框架。在本课件中,我们将探讨达朗伯原理的定义和应用。
达朗伯原理的定义
1 物理意义
达朗伯原理描述了一个自由度系统在广义坐标下运动的基本性质。
2 公式表达
达朗伯原理可以表示为系统动能与势能函数之间的差分式。
达朗伯原理在力学中的应用
通过应用达朗伯原理,我们可以:
• 分析并预测系统的运动 • 推导出系统的运动方程 • 计算系统的能量变化
达朗伯原理广泛应用于:
• 刚体力学 • 含有约束达朗伯原理中的虚位移是指系统在可能的位移下进行力学分析。通过选择合适的虚位移,我们可以简化问题并 得到更简洁的方程。
达朗伯原理在系统平衡分析中的应用
达朗伯原理可以用于分析系统的平衡条件,从而确定约束力和广义力的关系。这对于研究平衡稳定性和找到系 统的平衡位置非常重要。
达朗伯原理的实际应用举例
1
汽车悬挂系统
通过达朗伯原理,可以分析汽车悬挂系统的运动特性,优化系统设计。
2
自鸣钟
达朗伯原理可以解释自鸣钟的工作原理,为其设计和制造提供指导。
达朗伯原理
达朗伯原理
达朗伯原理是热力学中的一个基本定律,它描述了能量的转换和热力学系统中的能量守恒关系。
达朗伯原理的提出对于热力学的发展具有重要的意义,它为我们理解能量转化和热力学系统的行为提供了重要的理论基础。
达朗伯原理最早由法国科学家萨迪·卡诺在19世纪中期提出,并被后来的热力学家进一步发展和完善。
该原理的核心思想是,在一个封闭的热力学系统中,能量不能自发地从低温物体传递到高温物体,而只能在高温物体和低温物体之间进行传递或转化。
这一原理揭示了热力学系统中能量流动的规律,为热机和制冷机的工作原理提供了重要的理论支持。
达朗伯原理的重要性在于它为热力学系统中能量转化的过程建立了基本的限制条件。
在实际应用中,我们可以利用达朗伯原理来分析和优化热力学系统的能量转化过程,提高能源利用效率,减少能量的浪费。
此外,达朗伯原理还为我们理解自然界中许多现象提供了重要的依据,如地球大气环流、海洋环流等都受到达朗伯原理的制约。
在工程领域,达朗伯原理也有着广泛的应用。
例如,在热力学系统的设计和优化中,我们可以根据达朗伯原理来选择合适的工作物质和工作条件,以提高系统的能量转化效率。
在制冷技术中,达朗伯原理也为我们提供了重要的理论指导,帮助我们设计出更加高效节能的制冷设备。
总之,达朗伯原理作为热力学中的基本定律,对于我们理解能量转化和热力学系统的行为具有重要的意义。
它不仅为我们提供了分析和优化热力学系统的理论基础,也为工程技术的发展提供了重要的指导和支持。
通过深入研究和应用达朗伯原理,我们可以更好地利用能源资源,推动绿色能源和可持续发展的进程。
质点系惯性力系简化
解:
惯性力:
FI
G g
w 2l
sin
j
[A]:
Fix 0
G g
lw 2
sin
j
(F1
F2
)
sin
j
0
FI
Fiy 0 G (F1 F2)cosj 0
B
得:
F1
G 2g
lw 2
G
2 cos j
F2
j
A
G
FI
C
(i 1,2,, n)
系统中每一个质点在主动力、约束力和 惯性力的作用下处于平衡,则整个系统的主 动力、约束力和惯性力相当于一组平衡力系。
FIi
Mi
Fi
FNi
mi ai
平衡力系的平衡条件是:
主矢:
Fi FNi FIi 0
主矩: MO (Fi ) MO (FNi ) MO (FIi ) 0
w
j
A
FI
G
P
[C]:
F1
P
2 cosj
F1 G
得:
cosj
G G
P
g
lw 2
F1
F1
C
P
例2: 在滑轮机构中,物块A重P1=1kN,物块B
重力P2=0.5kN,滑轮质量不计。试求:轴承处
的力。
解:
FI1
P1 g
a1
[整体]
FI 2
达朗贝尔原理dAlembertsrinciple
2 A[ ]
mr
§3 刚体惯性力系的简化
一、刚体作平动
在同一瞬时,平动刚体内各点的加速度相等,
设刚体质心C的加速度为aC,则
ai aC i 1, 2, n
m1
在各质点上虚加对应的惯性力 FIi miai miaC
这些惯性力组成一同向平行力系。
FI C
该力系简化为通过质心的合力
aC ai
o
可以计算或查表得四分之一薄圆环的质心
位置为 OC 2 2 r
aCn OC 2
TB
∴惯性力合力的大小为
FI
1
2
2 mr22
根据质点系达朗贝尔原理,TA、TB与惯性力FI组成形式上的
F
)
=
0,
(FA
FB
)
sin
60
b 2
(FA
FB ) cos 60
b 2
0
……② ……③ ……④
解得 a = 4.9 m/s2, FA = 72 N, FB = 268 N
例2续2 已知边长b=100mm,m=40kg,求(2) 当AD、BE铅直时板a及两绳的张力。
D 60°
(2)当AD、BE铅直时,板受力如图。
FI maC maC maCn α
MIO =-JO
MIO aC
aC
FI
aCn
刚体绕定轴转动惯性力系的简化
(转轴垂直于质量对称面)(续)
MIO
FI maC FI FIn
FIn
MIO =-JOα
若将上述平面惯性力系向质心C 简化,将会出现什么结果?
MIC FIn
MIC = FI ·OC -JOα = maC ·OC -JOα
达朗伯原理(免费)
d 2 2 [( m1r1 m2 r2 J ) ] m1 gr1 m2 gr2 dt
m1r1 m2 r2 g 2 2 m1r1 m2 r2 J
32
2008-7-16
方法3 用动能定理求解 取系统为研究对象,任一瞬时系统的 1 1 1 2 2 T m1v1 m2v2 J 2 2 2 2 2 (m1r12 m2 r2 2 J ) 2 元功 W F m1 gds1 m2 gds2
定义:质点惯性力
Q ma
加速运动的质点,对迫使其产生加速运动的物体的惯 性反抗的总和。
2008-7-16 3
2 d x Qx m ax m 2 dt d2y Q y m ay m 2 dt 2 d z Qz m az m 2 dt
d 2s Q m a m 2 dt v2 Qn m an m
2008-7-16
1
第十四章
达朗伯原理
§14–1
惯性力的概念 ·达朗伯原理
§14–3
§14–4 §14–5
2008-7-16
刚体惯性力系的简化
定轴转动刚体的轴承动反力
静平衡与动平衡的概念
达朗伯原理的应用
2
§14-1
惯性力的概念 ·质点的达朗伯原理
一、惯性力的概念 人用手推车 F ' F ma
33
例-7 P340:已知曲柄OA=r,质量m,匀角速度转动,连杆AB=2r,质量 2m,滑块B质量m,受阻力F作用,求主动力偶MO.
解: 运动分析及惯性力计算 速度分析
加速度分析
2008-7-16
34
受力分析
1
达朗贝尔原理
例13-4 已知:l, m, ω ,α 求:惯性力系向点O简化的结果
解:
l F m 2 l 2 n FIO m 2 1 2 M IO ml 3
t IO
思考:惯性力系向点C简化的结果?
例13-5 已知:电动机定子及其外壳总质量为m1,质心位于O处。 转子的质量为m2 ,质心位于C 处,偏心矩OC=e , 图示平面为转子的质量对称面。电动机用地角螺钉 固定于水平基础上,轴O与水平基础间的距离为h. 运动开始时,转子质心C位于最低位置,转子以匀角 速度ω 转动。 求:基础与地角螺钉给电动机总的约束力。
FB
0
§13-3
刚体惯性力系的简化
FIi
1.刚体平移
惯性力系向点O简化
i
ai
M IO ri FIi ri (mi aC ) ( mi ri ) aC mrC aC ( 惯性力系向质心简化 rC 0) M IC 0 只简化为一个力 FIR maC
例13-2 已知:r, m,m1,m2 (m1>m2) , 求: a 解:
FI1 m1a, FI 2 m2 a
F mi rLeabharlann mi a ,t IiM
由
O
0,
m1 g m1a m2 g m2 a r mi ar 0
i
v F mi r
n Ii
2
平移刚体的惯性力系可以简化为通过质心的合力, 其大小等于刚体的质量与加速度的乘积,合力的方向 与加速度方向相反。
FIR FIi mi aC maC
C ri
rC
O
aC
(完整word版)达朗贝尔原理及虚位移原理知识点总结
达朗贝尔原理知识总结1.质点的惯性力。
•设质点的质量为m ,加速度为,则质点的惯性力定义为2.质点的达朗贝尔原理。
•质点的达朗贝尔原理:质点上除了作用有主动力和约束力外,如果假想地认为还作用有该质点的惯性力,则这些力在形式上形成一个平衡力系,即3.质点系的达朗贝尔原理。
•质点系的达朗贝尔原理:在质点系中每个质点上都假想地加上各自的惯性力,则质点系的所以外力和惯性力,在形式上形成一个平衡力系,可以表示为4.刚体惯性力系的简化结果(1)刚体平移,惯性力系向质心C 简化,主矢与主矩为(2)刚体绕定轴转动,惯性力系向转轴上一点O 简化,主矢与主矩为其中如果刚体有质量对称平面,且此平面与转轴z 垂直,则惯性力系向此质量对称平面与转轴z 的交点O 简化,主矢与主矩为(3)刚体作平面运动,若此刚体有一质量对称平面且此平面作同一平面运动,惯性力系向质心C简化,主矢和主矩为式中为过质心且与质量对称平面垂直的轴的转动惯量。
5.消除动约束力的条件。
刚体绕定轴转动,消除动约束力的条件是,此转轴是中心惯性主轴(转轴过质心且对此轴的惯性积为零);质心在转轴上,刚体可以在任意位置静止不动,称为静平衡;转轴为中心惯性主轴,不出现轴承动约束力,成为动平衡。
常见问题问题一在惯性系中,惯性力是假想的(虚加的),达朗贝尔原理也是数学形式上的,物体一般并不是真的处于平衡。
问题二惯性力系一般都是向定点或者质心简化,因此这时惯性力系的主矩,而向其它的点简化,一般上是不成立的。
如果一定要向某一任意点A简化,那么要先向定点或质心简化,之后将其移至A点(注意力在平移时将会有附加力偶)。
惯性力系的主失是与简化中心无关的。
问题三用达朗贝尔原理解题时,加上惯性力系后就完全转化成静力学问题,其求解方法与精力学完全相同。
问题四物体系问题。
每个物体都有惯性力系,因此每个物体的惯性力系向质心(或定点)简化都得到一个力与一个力偶。
虚位移原理知识点总结1.虚位移·虚功·理想约束。
达朗伯原理和动静法
z
● 主矢 F *= (-miai ) =-maC
aC aCt aCn
设质心C的转动半径为rC,则 和
的大F小n可* 分别表示为
Ft*
Fn*
aCt
OrC
y
aCn C
x
Ft*
F * Ft* Fn*
Ft* maCt ; Fn* maCn ;
§ 5-2 惯性力系的简化
刚体做定轴转动
C
h
Bc
b
A
例题 5-1
§5-3 动静法应用举例
例题 5-1
解:
取汽车连同货物为研究对象。
汽车实际受到的外力有:重力 G,
地面对前、后轮的铅直反力 FNA 、 FNB 以及水平摩擦力 FB (注意:前轮 一般是被动轮,当忽略轮子质量时,
其摩擦力可以不计)。
F* C
h
FB
mg
Bc
b
FNB
a
A
FNA
因汽车作平动,其惯性力系合成为作用在质心 C 上的一个力 F*= ma 。
§5-3 动静法应用举例
于是可写出汽车的动态平衡方程
M B 0 , F *h mgc FNA(b c) 0 (1) M A 0 , F*h mgb FNB (b c) 0 (2)
M*C F*
M
* C
J Cz
C
ri
mi
a
n ir
aC
aitr
α
aC
综上所述:
§ 5-2 惯性力系的简化
1. 刚体作平动
向质心简化
● 主矢 F*= (-miai ) =-maC
● 主矩
5达朗伯原理
关于惯性力,学术界还存在着争议:
一种观点,惯性力是真实的力。
比如,人拉小车加速前进,因为小车 有加速度,惯性力存在,并且我们的手可 以感受到这个力。
Q=maC C
a F F' F
另一种观点认为, 惯性力不是真实的力。 真实的力有三要素: 大小、方向、作用点, 还有施力者以及 作用在施力者上的反作用力。
LQ M C (Qi ) ri Qi ri (mi aC )
m2 Q1 m1
a1 aC
LQ mi ri a C MrC aC
rC为质心C对简化中心的矢径,且
Q2
RQ
Qn
a2
C mn
an
rC
mr
M
因为简化中心与质心C重合, 故
rC 0
LQ 0
惯性力:北半球向东发射远程炮弹偏右现象
(中程导弹射程:1000Km~4000Km;远程导弹:>4000Km;洲际导弹:8000~16000Km)
在“一战”期间 (1918), 德军用射程 113Km的巨形大炮轰击巴黎 , 炮长 34m, 外径1m, 炮重750T, 炮弹重120Kg, 3分30秒飞完115Km射程, 最大高度 40Km,发现炮弹总是向右偏离目标, 就是因为没有考虑到地球的自转偏向力。
a
n i
Qi
Qi Qi Qin , Qi mi ri , Qin mi ri 2
ω
ε
当惯性力系向转轴 O简化时, 只有各个质点的切向惯性 力才产生附加力偶,附加力偶矩的大小为Qiτ×ri = miri2ε, 其转 向与角加速度方向相反 , 因此,刚体惯性力系主矩LQ为: LQ M O (Q i ) (mi ri 2 ) ( mi ri 2 ) I z 结论:定轴转动刚体对转轴Z的惯性力主矩等于刚体对该 轴的转动惯量与角加速度的乘积,转向与角加速度方向相反。
达朗贝尔原理
第十二章动静法达朗贝尔原理(动静§12-1 惯性力·质点的达朗贝尔原理NF F a m +=0=−+a m F F N 令a m F I −=惯性力a (0F F F I N =++有►质点的达朗贝尔原理:作用在质点的主动力、设非自由质点的质量为m ,加速度为a ,作用在质点上的主动力为约束力为根据牛顿第二定律,有,F ,F N需要指出的是:实际质点上只受主动力和约束题,所以亦称动静法。
►需要指出的是:实际质点上只受主动力和约束力的作用,惯性力并不作用在质点上,质点也非处于平衡状态。
►达朗贝尔原理将动力学问题转化为静力学问题,所以亦称动静法。
b (0F F F 0F F F 0F F F Iz Nz z Iy Ny y Ix Nx x ⎪⎭⎪⎬⎫=++=++=++式(a 的投影式为例12-1用达朗贝尔原理求解例10-3已知:o 60,m 3.0,kg 1.0===θl m 求:.,T F v0=++I T F F g m 0mg cos F ,0F T b =−=∑θ∑=−=0sin ,0n I T n F F F θ解得N 96.1cos ==θmg F T s m 1.2sin 2==ml F v T θθsin l v m r v m ma F 22n n I ===解:§12-2 质点系的达朗贝尔原理记(e iF 为作用于第i 个质点上外力的合力。
(i i F 为作用于第i 个质点上内力的合力。
则有(((((((⎪⎭⎪⎬⎫=++=++∑∑∑∑∑∑0F M F M F M 0F F F Ii 0ii 0e i 0Ii i i e i n21i 0F F F Ii Ni i ,,,L ==++质点系的达朗贝尔原理:质点系中每个质点上作用的主动力,约束和它的惯性力在形式上组成平衡力系。
因(((∑∑==,0,00i i i i F M F 有((((∑∑∑∑=+=+0000Ii e i Ii e i F M F M F F 也称为质点系的达朗贝尔原理:作用在质点系上的外力与虚加在每个质点上的惯性力在形式上组成平衡力系。
达朗伯原理
2
rn F gR
O ε
ω ε
rτ MgO F gR
MgO = −IOε (负 负 与 ε反 ) 负 示 向
ri C Mi r rτ Fn gi Fgi
11
达 郎 伯 原 理
三. 惯性力系的简化
3. 刚体作平面运动
设刚体具有质量对称平面,并且平行于该平面作平面运动, 设刚体具有质量对称平面,并且平行于该平面作平面运动, 则刚体平面运动视为质量对称平面的运动
r rn rτ r 主矢: 主矢: FgR= M C= MaC − MaC = a =
主矩: 主矩: M gO
r r Fgi = −mai i rn rn Fgi = −mai i rτ rτ Fgi = −mai i
rn rτ = ∑ mO ( Fgi ) + ∑ mO ( Fgi ) = 0 + (−∑ r i ⋅ mi riε )
质点系的惯性力系
a2
r r r r F 1, F 2,L F i ,L F n , g , g g g
r r r ∑F + ∑FNi + ∑Fgi = 0 i r r r r r r ∑MO(F ) + ∑MO(FNi ) + ∑MO(Fgi ) = 0 i
质点系的达朗伯原理
5
达 郎 伯 原 理
例2
o x
r r r F + FN + Fg = 0
质点的达朗伯原理
作用在质点上的主动力和约束 力与假想施加在质点上的惯性力, 力与假想施加在质点上的惯性力, 形式上组成平衡力系 2
F —— 主动力 FN —— 约束力
达 郎 伯 原 理
达朗贝尔原理
F
FAy
A
FAx
F
r
M IA
FIA
r
FIC
r 2
mgr
cos 300
0
C
FIC
3
1
3
F 2 mAaA 2 ma A 2 mg
(1)
mg 30° B
取AB杆: mA(F ) 0 :
3
1
3
FAy
F 2 mAaA 2 ma A 2 mg (1)
F
A
FAx
mA(F ) 0 : mgrcos 300 FIC r sin 300 0
FI 1
A
1
L
M I 1 C1
mg
FI 2
L
B MI2
. C2 mg
2
D
P
解: 双自由度, 初瞬时问题求加速度.
P力作用在D处时, BD杆平面运动, 圆盘定轴转动, 惯性力系简化如图示.
aC1
L FI 1 m aC1 m1 2
MI1
J A1
3 2
m(
L 2
)2 1
3 8
m L21
L
aC2
FI 2 m aC2 m( 1L 2 2 )
C FIC
mg 30° B
3
1
mg 2 maA 2 0
aA 3 g ( 2 )
α
M IA
(2) 代入(1)
F
3 2 mAaA
1 2
ma A
3 mg
2
F
A
FIA
aA
aC C
FIC
mAg mg 30° B
得:
F
33 2
mAg
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0
i1
M
y
0
:
n
M
y(F
i)
F
Bx
l
(
J
yz
J
xz
2
)
0
i1
M
z
0
:
n
M
z(Fi)
J
z
0
i 1
解方程
F
Bx
[
1 l
n i 1
M
y( F i)]
1 l
(J
yz
J
xz
2
)
F
By
[
1 l
n i 1
M
x(F
a ar ae ac
代入 牛顿第二定律
F
ma
移项后得到
F (mae ) (mac ) mar
Feq
F cq
牵连惯性力
科氏惯性力
上式表明:除质量为 m的质点上作用的
真一一实个个合等等力于于外,mmaa若ec , ,设称称想为为再牵科增连氏加惯惯两性性个力力力,,:用用
d LO dt
(e) MO
当其中的A取为质点系质心C时,其本质 是质点系对质心的动量矩定理的数学表达式
d LC dt
(e) MC
质
质心运动定理
点 系 达
F
(e) R
Mac
朗 伯
对空间动量矩定理
原 理 的
d LO dt
(e) MO
平 衡
对质心的动量矩定理
方 程
M
Cq
d LC dt
当对垂直平 称于面面其运沿质动自量的身对刚 所称体 在面有 平且质 面量 运LC对 动,称此J面C时,且LC质的量方向
( LC 为刚体对过其质心并垂直于其质量对称
面的轴的转动惯量;
于是
为其M运 C动q 的角J C速度)
为运动的角加速度
Aq
m(
y C
xC
2 )i
m( xC
y C
2
)
j
达朗伯惯性力偶
M
Aq
(J
xz
J
yz
2
)i
(J
yz
J
xz
2
)
j
J
z k
刚体所受约束反力为
F
Ax
,
F
Ay
,
F
Az
,
F
Bx ,
F
By
根据达朗伯定理
F
x
0
:
n
F
ix
式中
LO
n
ri
(mi
vi)
为质点系对O的动量矩
i 1
表明
质点系的达朗伯惯性力系对O点的
主矩等于质点系对O点的动量矩对时间的
一阶导数并冠以负号
对于
m m n
A(
F
(e i
))
n
A(F iq) 0
i 1
i 1
当其中的A取为固定点时,其本质为对空间
固定点的O的动量矩的数学表达式
(
J
xz r
J
yz r 2 )
m(
r
C
r 2 )
C
动反力:
n
F AZ [ FiZ]
i 1
刚体在运动条件下
所受的约束反力
静反力[ ….. ] 附加动反力
静反力:
与主动力的作用直接相关,与刚体的运动无关 附加动反力:
与刚体的达朗伯惯性力有关 注意
在实际工程中,当转子(作定轴转动的刚体)进入 正常工作状态后(即 0, 常数),由上式知 附加动反力在动直角坐标轴上投影是固定不变的
y 作定轴转动
以止推轴承A为原点,建立 一与刚体固连的
动直角坐标系 Axyz 并使 z 轴与AB轴重合,则
刚体质心C相对于固定点A的矢径可以表示为
rC
xC
i
y C
j
zC
k
式中xC
,
y C
,
zC
为质心在动坐标系
A
xyz
中的坐标常值
质心速度为
i j k vC rC 0 0
注意 消除附加动反力的根本办法: 使达朗伯惯性力系自成平衡力系
xC
y C
0
J xz J yz 0
无论刚体转动的角速度和角加速度为何值 刚体都不会受到附加反力
1)刚体的转轴必须过其质心 2)刚体的转轴必须为惯量主轴
刚体坐定轴转动时,轴承的附加动反力为 零的条件是转轴必须为中心惯量主轴
说明
质点系在运动的任意瞬时,其达朗伯惯性 力系和外力系组成了一平衡力系,称为质 点系的达朗伯原理。 若质点系各质点所受外力的合力用Fi(e) (i 1,2...n) 表示,根据平衡力系的主矢和对任一点A 的主矩都为零可写出以下平衡方程
n
r Fi
(e)
n
r Fiq 0
i 1
i 1
表明 除设称为质想达点再上朗加作伯上用一惯的个性真等力实于用力(的Fm aq合)表的力示力F和。,N外,
这样质点在运动的任一瞬时, 主动力、约束力和达朗伯惯性力 组成了一个形式上的平衡汇交力系。
23.2达朗伯原理
23.2引.1质入点达的朗达伯朗惯伯性原力理后,F
N
(ma)
LA J xzi J yzj J zk
求一阶导数
得
d LA dt
~ d LA dt
LA
d LA dt
(J xz
J
yz
2
)i
(J yz
J xz
2) j
J
z k
刚体的达朗伯力系向A点简化
达朗伯惯性力
F
xC
y C
zC
质心加速度为
arC
d vrC
dt
d vrC
dt
r
vrC
由定义
y x d~vrc
r
i
r
j
dt
C
C
代入质心加速度公式
i
vC 0
jk 0
y C
xC
0
aC
(
y C
xC
2
)i
( xC
y C
2
)
j
A的动量矩为
0
可写为
F N Fq 0
该式称为质点的达朗伯原理的数学表达式
23.2.2质点的达朗伯定理
设某质点系由n个质点组成,作用于第i个 质
点 和上N i的,主质动点力Di和的约质束量反和力加的速合度力分分别别为为miF和i
a
i
F N Fq 0
写为
Fi Ni Fiq 0
n
mA
(
r Fi
(e)
)
n
r mA (Fiq ) 0
i 1
i 1
23.3 质点系达朗伯惯性力系的简化
为了便于问题的处理,常将质点系的达
朗伯惯性力系用一个简单的与之等效的力 系来代替,称为质点系达朗伯惯性力系的 简化。
23.3.1 质点系的达朗伯惯性力系的主矢和主矩
质点系的达朗伯惯性力系的主矢为各质点 达朗伯惯性力的矢量和
o
c arrc
Fn Cq
arcn
FrCq
r
M
rr
Cq
23.5 定轴转动的轴承附加动反力
B
F By
F Bx
Fn
Dn z
F Az
rr
D1 D2
Di
rC
A
F Ax
F Ay
x
如图:
质量为 m 的刚体在 Di上 合受 力主F i动(i 力1,2或....n主) 动
的 以 角角作 加速用速度下度, 绕AB
i)]
1 l
(J
xz
J
yz
2
)
y x F
Ax
[
n i 1
r F ix
1 l
n i 1
M
y(Fr
)]
i
1 l
(J
yz r
J
xz r
2)
m(
r
C
r 2 )
C
x y r
F
Ay
[
n i 1
r F iy
1 l
n i 1
M
x(
r F
)]
i
1 l
F Cq Mac
如图示
aC C