理论力学课后习题答案第11章达朗贝尔原理及其应用

（a ）

第11章 达朗贝尔原理及其应用

11－1 均质圆盘作定轴转动，其中图（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。试对图示四种情形进行惯性力的简化。

r ，

0 ，α

I （

d ）

I =F ，

αα2

I 2

1mr J M O O =

=

11－2矩形均质平板尺寸如图，质量27kg ，由两个销子

A 、

B 悬挂。若突然撤去销子B ，求在撤

去的瞬时平板的角加 速度和销子A 的约束力。

解：如图（a ）：设平板的质量为m ，长和宽分别为a 、b 。

αα375.3I =⋅=AC m F

ααα5625.0])(12

1

[222I =⋅++==AC m b a m J M A A

∑=0)(F A M ；01.0I =-mg M A ；2rad/s 04.47=α

∑=0x

F ；0sin I =-Ax F F θ；其中：6.05

3sin ==θ

N 26.956.004.47375.3=⨯⨯=Ax F

∑=0y

F

；0cos I =-+mg F F Ay θ；8.05

4sin ==θ

N 6.1378.004.47375.38.927=⨯⨯-⨯=Ay F

11－3在均质直角构件ABC 中，AB 、BC 两部分的质量各为3.0kg ，用连杆AD 、DE 以及绳子AE 保持在图示位置。若突然剪断绳子，求此瞬时连杆AD 、BE 所受的力。连杆的质量忽略不计，已知l = 1.0m ，φ = 30º。 解：如图（a ）：设AB 、BC 两部分的质量各为m

直角构件ABC 作平移，其加速度为a = a A ，质心在O 处。

ma F 2I =

∑=0)(F O M ；

04

sin )(43

cos 4cos =+--l

F F l F l F B A A B ϕϕϕ （1）

∑=0AD F ；

0cos 2=-+ϕmg F F B A

（2） 联立式（1）和式（2），得：A B F mg F 3+=

习

题

（

（

2

2

g m y

O

Ax

F ϕ

g

1m x

I F A

Ay F N 38.5)13(4

1

=-=mg F A ；

N 5.4538.53=⨯+=mg F B

11－4 两种情形的定滑轮质量均为m ，半径均为 r 。图a 中的绳所受拉力为W ；图b 中块重力为W 。 试分析两种情形下定滑轮的角加速度、绳中拉力和定滑轮轴承处的约束反力是否相同。

解：1、图（a ）：

① Wr J O =a α Wr mr =a 22

1α

mr W

2a =

α （1） ②绳中拉力为W （2） ③∑=0x F ，0=Ox F （3） ∑=0y F ，W F Oy = （4） 2、图（b ）： ① b 2I 2

1αmr M O =

（5） b I αr g

W a g W F ==

（6）

∑=0O M ，0I I =-+W r r F M O （5）、（6）代入，得

)

2(2b W mg r Wg +=α

（7）

②绳中拉力（图c ）：

∑=0y F ，W F T =+I b W W

mg mg a g W W T 2b +=-

= （8） ③轴承反力： ∑=0x F ，0=Ox F

（9）

∑=0y F ，0I =-+W F F Oy

W mg mgW

F Oy 2+=

（10） 由此可见，定滑轮的角加速度a α、b α，绳中拉力，轴承反力均不相同。

11－5 图示调速器由两个质量各为1m 的圆柱状的盘子所构成，两圆盘被偏心地是悬于与调速器转动轴相距a 的十字形框架上，而此调速器则以等角速度ω绕铅垂直轴转动。圆盘的中心到悬挂点的距离为l ，调速器的外壳质量为2m ，放在这两个圆盘上并可沿铅垂轴上下滑动。如不计摩擦，试求调速器的角速度ω与圆盘偏离铅垂线的角度ϕ之间的关系。

解：取调速器外壳为研究对象，由对称可知壳与圆盘接 触处所受之约束反力为2/2g m 。

取左圆盘为研究对象，受力如图（a ），惯性力

2

1I )sin (ωϕl a m F +⋅=

由动静法

∑=0A M ，0cos sin )2

(I 2

1=-+ϕϕl F l g

m g m 将I F 值代入，解出

a

b

T I

F W

α

F

F

F F αM

F W

a

I

F 0.61m

0.102m g

m A

a

O

N

F ϕϕωan t )

sin (2212

12g l a m m m ++=

11－6图示两重物通过无重滑轮用绳连接，滑轮又铰接在无重支架上。已知物G 1、G 2的质量分别为m 1 = 50kg ，m 2 = 70kg ，杆AB 长l 1 = 120cm ，A 、C 间的距离l 2 = 80cm ，夹角θ = 30˚。试求杆CD 所受的力。

解：取滑轮和物G 1、G 2如图（a ）所示，设物G 1、G 2的加速度为a ，则其惯性力分别为： a m F 11I =；a m F 22I =

∑=0)(F B M ；0)(212I 1I =-++r g m g m F F ；6120201212g

g g m m m m a ==+-=

∑=0y

F ；0212I 1I =--+-g m g m F F F B ；g g g F B 3

350

120310=+-= 取杆AB 为研究对象，受力如图（b ）所示，

∑=0)(F A M

；0sin 12='-l F l F B CD θ；kN 43.3N 34303

350221==⋅=

g l l F CD

11－7 直径为1.22m 、重890N 的匀质圆柱以图示方式装置在卡车的箱板上，为防止运输时圆柱前后

滚动，在其底部垫上高10.2cm 的小木块，试求圆柱不致产生滚动，卡车最大的加速度？

解：图（c ）中 ma F =I ∑=0A M

22I )102.061.0(61.0)102.061.0(--=-mg F

22598.061.0598.0-=⨯mg ma 51.6max ==a a m/s 2

讨论：若max a a >，则惯性力引起的对A 点的力矩会大于重力m g 对A 点的矩，使圆柱向后滚动。原文求min a 不合理。

11－8 两匀质杆焊成图示形状，绕水平轴A 在铅垂平面内作等角速转动。在图示位置时，角速度

3.0=ωrad/s 。设杆的单位长度重力的大小为100N/m 。试求轴承A 的约束反力。

解：（1）求A 处约束力

重力：303.0100=⨯=P N

质量：061.38.9/3.0100=⨯=m kg 质心O 点位置：1333.0=r m

2In ωmr F =3.01333.0061.3⨯⨯= =0.122N

A B D C G 1 θ G 2

B G G A

C θ a

F F m m

F （F

F F （