《理论力学》第十章--动量矩定理试题及答案
理论力学试题含答案
精选文档理论力学试题及答案一、是非题（每题2分。
正确用√，错误用×，填入括号内。
）1、作用在一个物体上有三个力，当这三个力的作用线汇交于一点时，则此力系必定均衡。
2、力关于一点的矩不因力沿其作用线挪动而改变。
（）3、在自然坐标系中，假如速度υ=常数，则加快度α=0。
（）4、虚位移是偶想的，极细小的位移，它与时间，主动力以及运动的初始条件没关。
5、设一质点的质量为m，其速度与x轴的夹角为α，则其动量在x轴上的投影为mvx=mvcosa。
二、选择题（每题3分。
请将答案的序号填入划线内。
）1、正立方体的顶角上作用着六个大小相等的力，此力系向任一点简化的结果是。
①主矢等于零，主矩不等于零；②主矢不等于零，主矩也不等于零；③主矢不等于零，主矩等于零；④主矢等于零，主矩也等于零。
2、重P的均质圆柱放在V型槽里，考虑摩擦柱上作用一力偶，其矩为 M时（如图），圆柱处于极限均衡状态。
此时按触点处的法向反力N A与N B的关系为。
①N A=NB；②N A>NB；③N A<NB。
3、边长为L的均质正方形平板，位于铅垂平面内并置于圆滑水平面上，如图示，若给平板一细小扰动，使其从图示位置开始倾倒，平板在倾倒过程中，其质心C点的运动轨迹是。
①半径为L/2的圆弧；②抛物线；③椭圆曲线；④铅垂直线。
4、在图示机构中，A//O2B，杆O2C//O3D，且O1A=20cm，O2C=杆O140cm，CM=MD=30cm，若杆AO1以角速度ω=3rad/s匀速转动，则D点的速度的大小为cm/s，M点的加快度的大小为cm/s2。
①60；②120；③150；④360。
.精选文档5、曲柄OA以匀角速度转动，当系统运动到图示地点（OA//O1B。
AB |OA）时，有V A V B，A B，ωAB 0，AB 0。
①等于；②不等于。
三、填空题（每题5分。
请将简要答案填入划线内。
）1、已知A重100kN，B重25kN，A物与地面间摩擦系数为0.2。
理论力学10—动量定理
p 2m1vC m1vC1 m2v A m2v B
B
m2 vB 2m1vC
C
C
C1 m1vC1 O t
m2 v A A
x
v A 2l sin t
vB cos(90 t ) vc cos(90 2t ) B c vB 2l cos t B
10.2
动量定理
F fN C f ( P sin 45 mg cos30 )
从而摩擦力为
0 0 tt 0 tt
动量定理积分形式应用时经常使用投影式：
tt
若作用于质点上的外力主矢恒等于零，则质点的动量守恒， 此即质点的动量守恒定律。 若作用于质点上的外力在某轴上投影的代数和恒等于零，则 质点的动量在该轴上的投影守恒，此即质点对轴的动量守恒 定律。
10.2
动量定理
y
例4 锤的质量m＝3000 kg，从高度h＝1.5 m 处自由下落到受锻压的工件上，工件发生变 形历时τ＝0.01s ；求锤对工件的平均压力。 解：以锤为研究对象，和工件接触后受力如图。 工件反力是变力，在短暂时间迅速变化，用 平均反力N*表示。 锤自由下落时间
d ri vi dt
代入式10—1，注意到质量mi是不变的，则有
d ri d p mi vi mi mi ri dt dt i 1 i 1
令
M mi
n
n
为质点系的总质量
10.1
动量与冲量
m r m r i i i i rC mi M
1 p mvC ml 2
10.1
动量与冲量
vC C
动量矩定理
思 考 题9-1. 质点系的动量按公式i i c m m ==∑I v v 计算，那么质点系的动量矩是否也可以按公式()()o o i i o c m m ==∑L M v M v 计算？为什么？9-2. 花样滑冰运动员利用手臂伸张和收拢来改变旋转速度，试说明其原因。
9-3. 坐在转椅上的人不接触地面，能否使转椅转动？为什么？9-4. 为什么直升飞机要有尾桨？如果没有尾桨，直升飞机飞行时将会怎样？ 9-5.传动系统中J 1、J 2为轮I 、轮II 的转动惯量，轮I 的角加速度按式1112M J J α=+对吗？9-6. 质量为m 的均质圆盘，平放在光滑的水平面上，受力情况如图所示，设开始时，圆盘静止，图中R =2r 。
试说明各圆盘将如何运动。
思考题9-6图思考题9-5图习题9-4图习 题9-1 如图所示，已知均质杆的质量为M ，对1z 轴的转动惯量为1J ，求杆对2z 的转动惯量2J 。
9-2 均质直角折杆尺寸如图所示，其质量为3m ，求其对轴O 的转动惯量。
9-3 质量为m 的点在平面Oxy 内运动，其运动方程为：tb y ta x ωω2sin cos ==式中a 、b 和ω为常量。
求质点对原点O 的动量矩。
9-4 如图所示，质量为m 的偏心轮在水平面上作平面运动。
轮子轴心为A ，质心为C ，AC = e ；轮子半径为R ，对轴心A 的转动惯量为J A ；C 、A 、B 三点在同一铅直线上。
（1）当轮子只滚不滑时，若v A 已知，求轮子的动量和对地面上B 点的动量矩。
（2）当轮子又滚又滑时，若v A 、ω已知，求轮子的动量和对地面上B 点的动量矩。
习题9-2图习题9-1图习题9-5图习题9-7图9-5如图所示水平圆板可绕z 轴转动，在圆板上有一质点M 作圆周运动，已知其速度的大小为常量，等于v 0，质点M 的质量为m ，圆的半径为r ，圆心到z 轴的距离为l ，M 点在圆板的位置由ϕ角确定，如图所示。
理论力学第七版第十章 动量定理
(1) 质点具有惯性，其质量是惯性的度量 质点具有惯性， (2)作用于质点的力与其所产生的加速度成比例 (2)作用于质点的力与其所产生的加速度成比例 (3)作用力与反作用力等值、方向、共线， (3)作用力与反作用力等值、方向、共线，分别 作用力与反作用力等值 作用于两物体上。 作用于两物体上。
§10-1 动量与冲量 10一、冲 量
单位： N·s 1、常力的冲量 常力与作用时间t的乘积 F·t 称为常力的冲量。并用I表 常力与作用时间t 称为常力的冲量。并用I 冲量是矢量，方向与力相同。 示，冲量是矢量，方向与力相同。
I = F⋅ t
2、变力的冲量 若力F是变力， 若力 是变力，可将力的作用时间 t 分成无数的微小时间 是变力 dt，在每个 dt 内，力 F 可视为不变。 可视为不变。 ， 元冲量——力 元冲量——力F在微小时间段 dt 内的冲量称为力F 的元冲量。 内的冲量称为力F 元冲量。 变力 F 在 t1~t2 时间间隔内的冲量为： 时间间隔内的冲量为：
§10-2 动量定理 10二、冲量定理
p2 − p1 = ∑∫ F dt ≡ ∑I
t1
t2
t2
(e)
具体计算时，往往写成投影形式， 具体计算时，往往写成投影形式，即
p2x − p1x = ∑∫ Fx dt ≡ ∑Ix
t1
(e)
p2y − p1y = ∑∫ Fy dt ≡ ∑Iy
t2 t1
(e)
p2z − p1z = ∑∫ F dt ≡ ∑Iz z
I = ∫ Fdt
t1
t2
§10-1 动量与冲量 102、变力的冲量
t
I =∫ F dt
理论力学：动量矩定理
y’
2020/12/9
Fe maA aA mg
B
A
FN 1
F1
FN 2
x’
F2
10
理论力学
§6-2 动量矩定理
例：滑块A可在光滑水平面上滑动，为使AB杆以匀角速度 绕
铰链A转动，求作用在AB杆上的力偶M。设：m1 m2 m, AB L
y
FN
解：1、取滑块A和小球B为研究对象
2、受力分析与运动分析
m1 m2
2020/12/9
11
理论力学
§6-2 动量矩定理
y FAy
A
o
FAx aA xA x
3、研究AB杆和小球B，受力分析 4、应用相对动轴A的动量矩定理
dLrA
dt
n
M A (Fi(e) )
i1
rAC (maA )
A
M
杆相对A轴的动量矩
LrA m2L2
B m2xA 外力对A轴之矩
问题：若滑块不脱离地面，试确定AB杆的最大角速度。
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13
理论力学
§6-2 动量矩定理
2020/12/9
14
理论力学
§6-2 动量矩定理
思考题：图示系统中，系统结 构不同，求解方法是否相同？
m1 A
M
m1 A
M
m2
B
2020/12/9
m1 A
M
m2
R
m3 B
m2 B
15
理论力学
§6-2 动量矩定理
mg
B
AB L
2020/12/9
§6-2 动量矩定理
L
3(g 2
动量矩定理作业参考答案及解答
g (顺时针), 2r
FOx = 0,
1 FOy = mg (↑) 2
6．如题图所示，有一轮子，轴的直径为 50mm，无初速的沿倾角θ=20°的轨道
滚下，设只滚不滑，5s 内轮心滚过的距离为 s=3m。试求轮子对轮心的惯性半径。
s
提示：本题用刚体平面运动微分方程求解。注意到轮心加速度可由式 1 s = at 2 求得，且轮心加速度 a 与轮子角加速度α关系 a = rα ，其中 r 为轮轴的 2 半径。 解：
a mg
Ff × r = mρ α
2
由以上两式消去 Ff 得 ρ 2 =
r ( g sin θ − a )
α
=
r 2 t 2 g sin θ − r 2 = 8113(mm) 2 2s
ρ= & 90mm
r 2 t 2 g sin θ − r 2 = 8113(mm) 2 , ⇒ 2s
答案： ρ 2 =
整个系统对轴 O 的动量矩守恒
p 1 p LO = L1 + L2 = r 2 1 ω + 2 r (ωr − at ) = 0 2 g g
解得
ω=
2aP2 t , r (2 P2 + P1 )
α=
2aP2 dω = dt r (2 P2 + P1 )
答案： ω =
2aP2 t , r (2 P2 + P1 )
vB
A
ωB
B
D
1 1）对杆分析，杆对轴 A 的动量矩 L A1 = m2 R 2ω 3 2）对轮分析
ω B R = ωl
ωB =
齿轮对轮心 B 的动量矩为 齿轮对轴 A 的动量矩为
ωl
理论力学课后习题答案-第10章--动能定理及其应用-)
理论力学课后习题答案-第10章--动能定理及其应用-)(a)v ϕABC rv 1v 1v 1ωϕ(a)CCωCvωO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：1．222222163)2(2121)2(212121BBB CCCmv r v mr v m J mv T =⋅+=+=ω 2．222122222214321)(21212121v m v m r v r m v m vm T +=⋅++= 3．22222222)2(212121ωωωωmR 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ϕ时，试求系统的动能。
解：图（a ） B AT T T +=)2121(21222211ωC CJ vgWv g W ++=21221121212211122]cos 22)2[(22ωϕωω⋅⋅+⋅++++=l gW l l v l v l g W v g W]cos 31)[(2111221222121ϕωωv 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。
(完整版)动量定理精选习题+答案
三、计算题（本大题共 10 小题，共 100.0 分）
M 在水平轨道上向右移动了 0.54 m
11. 如图所示，质量为 5kg 的木板 B 静止于光滑水平面上，物块 A 质量为 5kg，停在 B 的左端 .质量为 1kg
的小球用长为 0.45??的轻绳悬挂在固定点 O 上，将轻绳拉直至水平位置后， 由静止释放小球， 小球在最
m 的静
止木块发生碰撞，碰撞的时间极短 .在此碰撞过程中，下列哪个或哪些说法是可
能发生的？ ( )
A. 在此过程中小车、木块、摆球的速度都发生变化，分别变为
??1、 ??2 、 ?3?，满足 (?? + ??0 )??= ???1? +
???2? + ??0 ??3
B. 在此碰撞过程中， 小球的速度不变， 小车和木块的速度分别为 ?1?和 ?2?，满足 (?? + ??0)??= ???1?+ ???2?
4
B. 5 ??0
1
C. 5 ??0
1
D. 25 ??0
2. 如图所示，小车静止在光滑水平面上， AB 是小车内半圆弧轨道的水平直径，现 将一小球从距 A 点正上方 h 高处由静止释放，小球由 A 点沿切线方向经半圆轨 道后从 B 点冲出，在空中能上升的最大高度为 0.8? ，不计空气阻力 .下列说法正 确的是 ( )
1
理论力学答案完整版(清华大学出版社)10
子 C 沿水平轨道滚动而不滑动，试求重物 A 的加速度。
解： 取整个系统为研究对象，自由度为 1。设重物速度为 vA ，则轮
题 10-9 图
的角速度 ω = vA ，轮心速度为 R−r
vO
=
R
r −
r
vA 。系统的动能为
( ) T
拉格朗日方程的普遍形式
d dt
∂L ∂q& j
− ∂L ∂q j
= Q′j
( j = 1,2,..., m)
式中 Q′j 为非有势力对应的广义力。
矢量方法
动量法：动量定理
动量矩定理 质心运动定理 定轴转动微分方程 平面运动微分方程
质点系统动力学
动静法
动能定理
能量方法
拉格朗日方程
3 保守系统拉格朗日方程的初积分
10-3 质量为 m1 的匀质杆，长为 l，一端放在水平面上， 另一端与质量为 m2、半径为 r 的匀质圆盘在圆盘中心 O 点 铰接。圆盘在地面上作纯滚动，圆心速度为 v。求系统在此
题 10-3 图
位置的动能。
解：杆作平移，动能为
T1
=
1 2
m1v2
；
圆盘作纯滚动，动能为
T2
=
1 2
m2v2
+
1 2
mivi
⋅ vi
，
其中 n 为系统中的质点数目，可以是有限或无穷，mi 和 vi 分别为各质点的质量和速度。 平
移刚体的动能 T = 1 mv2 ， 2
其中 m 为平移刚体的质量。
定轴转动刚体的动能
T
=
1 2
11 动量矩定理习题解答
R
O ve
r o B
vr
[解]
研究整体，由于∑Mz （F）= 0，且系统初始静止， 所以 Lz = 0，即 L z 盘+ L z 人 = 0 式中 Lz 盘= J z =
1P 2 R 2g
L z 人= 解得
ds Q (v －v )r， v = rω ， vr at e r e dt g
解：重物 A 和 B 速度 v A vB r ，
LO m1v A r m2 vB r J O 1 m1r r m2 r r m3r 2 2
A
B （c）
vA
vB
m1 g
m2 g
1 2 m1 m2 m3 r 2
…….. ①
对 B 轮，有
…….. ②
P aB P FT1 g
…….. ③
FT1 FT1
…….. ④
再以轮与绳相切点 D 为基点，则轮心 B 的加速度
v B v D v BD ，式中 v D r A ， v BD r B
∴ v B r A r B ， 对上式求导得轮心 B 的加速度为
Fx maCx , FNA maCx , Fy maCy , FNB mg maCy , M C ( F ) J C , FNB l cos FNA l sin 1 ml 2 2 2 12
l 2 FNA 2 ( sin cos )m, l 2 FNB mg ( cos sin )m, 2 l l 1 2 FNB 2 cos FNA 2 sin 12 ml
A
动量矩定理10
FxA
N Ff F
F F yA f'
N'
X0
ω
Y0
Ff
fN
f
Fl b
,
J
0
Ff r
Ff r fFlr 2 fFl , d d d
J0 J0b mrb
d dt d
2 fFl , d d d
mrb
d dt d
0 d
2 fFl mrb
0
d
2mrb n
4 fFl
FN
a 60 Ff
mgr2 sin 600 r2 fmg cos 60o r2FT mar2 (4)
(3) (4) : a
3r 2 2
fr R
2 r2
r
g
1.29
m
s2
习题12.21 如图所示，两根质量均为8kg的均质细杆固
连成T字形，可绕通过O点的水平轴转动，当OA处于水 平位置时，T形杆具有角速度ω=4rad/s。求该瞬时轴承 O处的约束反力。
Fox mg
c
(b)
m
l
2
macy
Fiye mg Foy
(c)
联立（a）、（b）、（c）解得
Fox 0
Foy
1 4
mg
（2）杆落至任意角φ时，所受的外力有：重力mg、
o处约束反力 FOn 、FO
杆运动的角速度、角加
速度均未知。欲求O处 约束力，必先求质心加
0.25m 0.25m
解：由题意知T字形刚体质心在C0点， 2m=16kg
C0 0.375m
由质心运动定理知
F 0x
ω an
C aτ
2man Fox
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：1．222222163)2(2121)2(212121BB BC C C mv r v mr v m J mv T =⋅+=+=ω 2．222122222214321)(21212121v m v m r v r m v m v m T +=⋅++=3．22222222)2(212121ωωωωmR 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ϕ时，试求系统的动能。
解：图（a ）B A T T T +=)2121(21222211ωC C J v g W v g W ++=21221121212211122]cos 22)2[(22ωϕωω⋅⋅+⋅++++=l gW l l v l v l g W v g W]cos 31)[(2111221222121ϕωωv 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。
理论力学10动量矩定理
在更高维度的空间中，动量矩定理可以通过向量的外积和叉积进行推广，适用于描述更复杂系统的动量矩变化。
n维空间推广
定理在更高维度空间的应用
多体系统
动量矩定理可以应用于多体系统，描述多个刚体之间的相互作用和运动关系，为多体动力学提供了基础。
非惯性参考系
在非惯性参考系中，动量矩定理需要考虑科里奥利力和离心力等因素的影响，以准确描述系统的动量矩变化。
定理证明的思路
在证明过程中，需要引入质点的质量、速度、位置矢量等概念，以及力、力矩等物理量。
引入相关概念
根据物理定律和数学公式，进行详细的数学推导，包括向量的点乘、叉乘等运算。
进行数学推导
经过推导，得出动量矩定理的结论，即质点系的动量矩等于外力矩对时间的积分。
得出结论Βιβλιοθήκη 定理证明的过程通过证明，得出的动量矩定理表述为：质点系的动量矩等于外力矩对时间的积分。
力矩的作用
力矩是描述力对物体运动轴的转动效应的物理量。在动量矩定理中，力矩的作用是改变物体的动量，即改变物体的运动状态。
时间和空间的影响
动量矩定理不仅涉及到物体的运动状态（动量和速度），还涉及到时间的变化率（即加速度），以及力作用的空间效应（即力矩）。因此，这个定理全面地描述了物体在空间和时间中的运动规律。
定理的物理意义
02
CHAPTER
定理的证明
首先明确动量矩定理的定义和意义，即对于一个质点系，其动量矩与外力矩之间的关系。
引入动量矩定理
建立证明框架
推导定理的表达式
根据定理的证明需求，建立证明的框架，包括定义、假设、推导和结论等部分。
根据牛顿第二定律和动量定理，推导出动量矩定理的表达式。
03
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理论力学11章作业题解
11-3 已知均质圆盘的质量为m ，半径为R ，在图示位置时对O 1点的动量矩分别为多大？图中O 1C=l 。
解 (a) 2
1l m l mv L c O w == ，逆时针转动。
(b) w w 2
210||1mR J L v m r L c c c O =+=+´=r
r ，逆时针转动。
(c ) )2(2
2
212
2
212
1l R m ml mR ml J J c O +=+=+=
w w )2(2
22111l R m J L O O +==，逆时针转动。
(d)
w
w mR R l mv R l R v mR l mv J l mv L v m r L c c c c c c c O )5.0()5.0(/||2
2
11-=-=-=-=+´= r r
，顺时针转动
解毕。
v c
v c
v c
11-5 均质杆AB 长l 、重为G 1，B 端刚连一重G 2的小球，弹簧系数为k ，使杆在水平位置保持平衡。
设给小球B 一微小初位移0d 后无初速度释放，试求AB 杆的运动规律。
解 以平衡位置（水平）为0=j ，顺时针转为正。
平衡时弹簧受力为：
)5.0(312G G F s +=
弹簧初始变形量：
k G G k F s st /)5.0(3/12+==d
在j 角时弹簧的拉力为（小位移）：
3/)5.0(3)3/(12l k G G l k F st s j j d ++=+=¢
系统对A 点的动量矩：
j j j
&&&2
21233l g
G G l l g G J L A A +=×+= 对点的动量矩定理)(/å=E
i A A F M dt dL r ：
j j 9
3/5.0332
21221kl l F lG lG l g G G s -=¢-+=+&& 0)3(321=++j j
G G gk &&，令)
3(3212G G gk
p +=则有02=+j j
p &&，其解为： )cos()sin(pt B pt A +=j
由初始条件0| ,/|000====t t l j
d j &得l B A / ,00d ==。
故运动方程为： )cos(0
pt l
d j =
解毕。
G 1
G 2
F Ax F Ay
F s
11-10 一半径为r 、重为W 1的均质水平圆形转台，可绕通过中心Ｏ并垂直于台面的铅直轴转动。
重W 2的物块A ，按规律s =at /2 沿台的边缘运动。
开始时，圆台是静止的。
求物块运动以后，圆台在任一瞬时的角速度与角加速度。
解 （1）运动分析
物块A的相对速度: at dt ds v r ==/ （2）受力分析 （3）建立动力学方程
0)(==\=åconst L F M z i z Q
0)(2=-+=r m v r J L r z w w r
W W at
W )2(2212+=
w 求导得角加速度：
r
W W a
W )2(2212+=
a
解毕。
W 1
W 2
F x
F y
F z
m x m y
z
v r
11-17 均质圆柱体A 和B 的重量均为W ，半径均为r 。
一绳绕于可绕固定轴O 转动的圆柱A 上，绳的另一端绕在圆柱B 上。
求B 下落时质心的加速度。
摩擦不计。
解 (1) 运动分析
系统有2个独立的坐标参数，设两轮的角速度为ωA 和ωB 。
则有合成运动可得：r r v B A C w w +=
上式恒成立可求导得：r r a B A C a a += (2) 受力分析 (3) 建立动力学方程 对轮A:
r F J A O 1=a
对轮B:
1
1F mg ma r F J C B C -==a
3个方程求解3个未知量：1,,F B A a a
得：g a 54
=，
解毕。
C
v C
A
w
B
w
C mg
mg
F 1F R
11-19 半径为r 的均值圆轮在半径为R 的圆弧面上作纯滚动。
初瞬时0j j =（微小），00=j
&。
试求圆轮的运动方程。
解 圆轮由于受约束只有1个自由度，取广义坐标j 描述圆轮的运动。
（1）运动分析
r r R r R a r r R r R v t
C C /)( ),(/)( ),(-=-=-=-=j a j
j w j
&&&&&&
（2）受力分析，作示力图
（3）用刚体平运动微分方程建立圆轮的动力学方程
îíì-=--=-Fr r r R mr mg F r R m /)(sin )(2
2
1j j j
&&&& 解得：0sin )
(32=-+j j
r R g
&&
由于j 微小，故有j j »sin ，方程可简化为（另)
(322r R g
k -=
）
02=+j j
k && 其解为：)cos()sin(kt B kt A +=j 由初始条件得：0 ,0j ==B A 故运动方程为：) )
(32cos()cos(00t r R g
kt -==j j j
解毕。
W
F
F N
v C
w
11-23 长l 、质量为m 的均质杆AB 与BC 在B 点刚连成直角后置于光滑的水平面上。
试求在A 端作用一与AB 垂直的水平力F 后A 点的加速度。
解：首先求质心E 的加速度（E 在BD 的中点，D 在AC 的中点）。
根据质心运动定理可以判断初始质心在y 向无加速度。
设E 点的x 向加速度为a E ，杆的角加速为a 。
由质心运动定理得 îí
ì´==l F J F
ma E E 4
3
2a 式中2
1252
812
121
)(2ml l m ml J E =´+=，由方程可以解得
)2/(m F a E =，)5/(9ml F =a
基点法求A 点加速度
n
EA t EA E A a a a a ++=r
其中0=n
EA a EA a
t EA
´=a
m
F
l ml F m F a a a t EA
E Ax
203743592cos =´+=´+=q
m
F
l ml F a a t
EA Ay 209459sin -=´-
=´-=q
解毕。
11-25 两根质量m 、长度l 的均质杆构成的系统如图示(初始处于静止状态)。
如在B 端作用一个已知力F ，试求此时两根杆的角加速度。
解 (1) 运动分析
系统有2个独立的运动参数。
设OA 、AB 杆的角加速度为α1，α2。
OA 杆质心加速度（只有切向分量）：
2/1l a t D
a =
AB 杆质心加速度用基点法计算（只有水平分量）：
2/21l l a
a a t CA t A t C a a +=+=
(2) 受力分析 (3) 建立动力学方程 对OA 杆：l F J Ax O =1a
对AB 杆：mg
F m F F ma l F Fl J Ay Ax
t
C
Ax C -=×-=+=02
/2/2a
4个方程求解4个未知量：Ay Ax F F ,,,21a a 得：ml F 761=a ，ml
F
7302=a 。
解毕。
O
O B
C。