清华大学-理论力学-习题解答-2-10
清华大学版理论力学课后习题答案大全_____第3章静力学平衡问题习题解
F DBCBDBF '习题3－3图第3章 静力学平衡问题3－1 图示两种正方形结构所受荷载F 均已知。
试求其中1，2，3各杆受力。
解：图（a ）：045cos 23=-︒F FF F 223=（拉） F 1 = F 3（拉） 045cos 232=︒-F F F 2 = F （受压） 图（b ）：033='=F F F 1 = 0F 2 = F （受拉）3－2 图示为一绳索拔桩装置。
绳索的E 、C 两点拴在架子上，点B 与拴在桩A 上的绳索AB 连接，在点D 加一铅垂向下的力F ，AB 可视为铅垂，DB 可视为水平。
已知α= 0.1rad.，力F = 800N 。
试求绳AB 中产生的拔桩力（当α很小时，tan α≈α）。
解：0=∑y F ，F F ED =αsin αs i nFF ED = 0=∑x F ，DB ED F F =αcos F FF DB 10tan ==α由图（a ）计算结果，可推出图（b ）中：F AB = 10F DB = 100F = 80 kN 。
3－3 起重机由固定塔AC 与活动桁架BC 组成，绞车D 和E 分别控制桁架BC 和重物W 的运动。
桁架BC 用铰链连接于点C ，并由钢索AB 维持其平衡。
重物W = 40kN 悬挂在链索上，链索绕过点B 的滑轮，并沿直线BC 引向绞盘。
长度AC = BC ，不计桁架重量和滑轮摩擦。
试用角ϕ=∠ACB 的函数来表示钢索AB 的张力F AB 以及桁架上沿直线BC 的压力F BC 。
(b-1)习题3－1图(a-1)(a-2)'3(b-2)习题3－2图F习题3-5图习题3－4图 解：图（a ）：0=∑x F ，0sin 2cos=-ϕϕW F AB ，2sin2ϕW F AB =0=∑y F ，02sincos =---ϕϕAB BC F W W F即 2s i n 2c o s 2ϕϕW W W F BC ++=W W W W 2)c o s 1(c o s =-++=ϕϕ3－4 杆AB 及其两端滚子的整体重心在G 点，滚子搁置在倾斜的光滑刚性平面上，如图所示。
清华大学-理论力学-习题解答-2-57
2-57 图示曲柄OA 以等角速度0ω绕固定齿轮I 的轴O 匀速转动，同时在A 端装有另一同样大小的齿轮II ，两齿轮用链条相连接。
如曲柄长l OA =，求动齿轮II 的角速度和角加速度及其上任一点M 的速度和加速度。
P N
1
x 1y
解：将动系建立在曲柄OA 上。
则齿轮II 上与链条啮合点P 相对动系的速度为：
()Pr 01II r ωω=−−νi
由于齿轮I 固定不动，故其相对于动系的角速度为：0ω−，其上与链条啮合点N 相对动系的
速度为：
01Nr r ω=νi
由链条本身的传送关系知：
pr Nr =−νν
即：
()0101II r r ωωω−−=−i i
从而，齿轮II 的角速度：0II ω=。
由于此关系与曲柄OA 转动角度无关，即动齿轮的角速度恒为零，可知起角加速度也恒为零，即齿轮II 作平动。
其上任何一点M 的运动与齿轮轮心A 点运动相同：
01M A r ω==−ννi ， 2A 01M l ω==−a a j
即： 0M v r ω=， 20M a l ω=
答：02=ω，02=ε；0ωl v M =，20ωl a M =。
清华大学版理论力学课后习题答案大全第10章动能定理及其应用习题解
CA(a)ωO(a)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：1．2222221632(2121)2(212121B B B C C C mv r v mr v m J mv T =⋅+=+=ω2．222122222214321(21212121vm 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 ）BA T T T +=)2121(21222211ωC C J v g W v g W ++=21221121212211122]cos 22)2[(22ωϕω⋅⋅+⋅++++=l g W 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》课后习题解答(赫桐生_高教版)
第一章习题 1-1．画出以下指定物体的受力争。
解：习题 1-2．画出以下各物系中指定物体的受力争。
解：习题 1-3．画出以下各物系中指定物体的受力争。
解：第二章习题 2-1．铆接薄钢板在孔心A、B 和 C 处受三力作用如图，已知P1沿铅=100N 垂方向， P2=50N 沿 AB 方向， P3=50N 沿水平方向；求该力系的合成结果。
解：属平面汇交力系；协力大小和方向：习题 2-2．图示简支梁受集中荷载 P=20kN，求图示两种状况下支座 A、B 的拘束反力。
解： (1) 研究 AB，受力剖析：画力三角形：相像关系：几何关系：拘束反力：(2)研究 AB，受力剖析：画力三角形：相像关系：几何关系：拘束反力：习题 2-3．电机重 P=5kN放在水平梁 AB 的中央，梁的 A 端以铰链固定， B 端以撑杆 BC 支持。
求撑杆 BC所受的力。
解： (1)研究整体，受力剖析：(2)画力三角形：(3)求 BC受力习题 2-4．简略起重机用钢丝绳吊起重量G=2kN 的重物，不计杆件自重、磨擦及滑轮大小， A、B、C 三处简化为铰链连结；求杆 AB 和 AC 所受的力。
解： (1) 研究铰 A，受力剖析（ AC、 AB 是二力杆，不计滑轮大小）：成立直角坐标Axy，列均衡方程：解均衡方程：AB 杆受拉， BC 杆受压。
(2) 研究铰 A，受力剖析（ AC、AB 是二力杆，不计滑轮大小）：成立直角坐标Axy，列均衡方程：解均衡方程：AB 杆实质受力方向与假定相反，为受压；BC 杆受压。
习题 2-5．三铰门式刚架受集中荷载P 作用，不计架重；求图示两种状况下支座A、B 的拘束反力。
解： (1) 研究整体，受力剖析（ AC 是二力杆）；画力三角形：求拘束反力：(2) 研究整体，受力剖析（BC是二力杆）；画力三角形：几何关系：求拘束反力：习题 2-6．四根绳子 AC 、CB 、CE 、ED 连结如图，此中 B 、D两头固定在支架上， A 端系在重物上，人在 o ，求所能 E 点向下施力 P ，若 P=400N ，α =4吊起的重量 G 。
清华理论力学课后答案2
kh da
（b）
w.
co
m
4
三角块 V4
V4 = 2 × 3 × 3 ÷ 2 = 9
(1, 7, 1)
2-5 均质折杆及尺寸如图示，求此折杆形心坐标。 解： 将图示折杆简化为折线计算。 折杆有 5 段直线组成， 每一段的长度及形心坐标如表所示。 按形心计算公式，有
xc =
∑iLi xi 200 × (−100) + 100 × (−50) + 100 × 0 + 200 × 100 + 100 × 200 = 200 + 100 + 100 + 200 + 100 ∑iLi = 21.43(mm)
kh da
，
w.
FRx ' = F1 cos 45� − F2 cos 45� = 0 ，
�
co
在坐标轴上的投影为
m
解： 各力均在与坐标平面平行的面内， 且与所在平面的棱边成 45°角。 将力系向 A 点简化， 主矢 FR '
a b c + + = 0。 F1 F2 F3
当主矢与主矩平行时，力系能简化为力螺旋，即从 FR '× M O = 0 得，
yc =
答
案
网
（200，100，-50）
ww w.
3
kh da
题 2-5 图
w.
co
m
题 2-6 图
解: 由对称性知，该图形的形心一定在 x 轴上，即 yc = 0 。用负面积法计算其横坐标。此平面图
按形心计算公式，有
xc =
2-7 工字钢截面尺寸如图示，求此截面的形心坐标。
题 2-7 图
清华大学版理论力学课后习题答案大全
第6章 刚体的平面运动分析6－1 图示半径为r 的齿轮由曲柄OA 带动，沿半径为R 的固定齿轮滚动。
曲柄OA 以等角加速度α绕轴O 转动，当运动开始时，角速度0ω= 0，转角0ϕ= 0。
试求动齿轮以圆心A 为基点的平面运动方程。
解：ϕc o s )(r R x A += （1） ϕsin )(r R y A +=（2）α为常数，当t = 0时，0ω=0ϕ= 0221t αϕ=（3）起始位置，P 与P 0重合，即起始位置AP 水平，记θ=∠OAP ，则AP 从起始水平位置至图示AP 位置转过θϕϕ+=A因动齿轮纯滚，故有⋂⋂=CP CP 0，即 θϕr R = ϕθr R =， ϕϕrr R A += （4）将（3）代入（1）、（2）、（4）得动齿轮以A 为基点的平面运动方程为：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+=222212sin )(2cos )(t r r R t r R y t r R x A A A αϕαα6－2 杆AB 斜靠于高为h 的台阶角C 处，一端A 以匀速v 0沿水平向右运动，如图所示。
试以杆与铅垂线的夹角θ 表示杆的角速度。
解：杆AB 作平面运动，点C 的速度v C 沿杆AB 如图所示。
作速度v C 和v 0的垂线交于点P ，点P 即为杆AB 的速度瞬心。
则角速度杆AB 为6－3 图示拖车的车轮A 与垫滚B 的半径均为r 。
试问当拖车以速度v 前进时，轮A 与垫滚B 的角速度A ω与B ω有什么关系？设轮A 和垫滚B 与地面之间以及垫滚B 与拖车之间无滑动。
解：RvR v A A ==ωR v R v B B 22==ωB A ωω2=6－4 直径为360mm 的滚子在水平面上作纯滚动，杆BC 一端与滚子铰接，另一端与滑块C 铰接。
设杆BC 在水平位置时，滚子的角速度ω＝12 rad/s ，θ＝30︒，ϕ＝60︒，BC ＝270mm 。
试求该瞬时杆BC 的角速度和点C 的速度。
《理论力学》第10-11章习题参考解答
1 2
(1 3
G1 g
r 2 ) 2
(G1
G2 )
r 2
求得：
3g(G1 G2 ) r(G1 3G2 )
,
vB
r
3(G1 G2 )gr (G1 3G2 )
②分析AB杆各点的加速度，由基点法得：
aB
aA
aAn
aB A
将矢量方程在铅垂方向投影得：
0
a
n A
aBA
所以：
AB
aBA L
aAn L
《理论力学》第10章习题参考解答
FD
解：已知：
T 10(s), n 2 4 (rad / s) 60
①分析OA的受力，有：
F 3.5 FD 1.5
FD
7 3
F
②取轮子为研究对象，动力学方程为：
(1 2
mr2 )
Fs r
FS
FD f
7Ff 3
求得： 14Ff 3mr
因为角加速度为常数，所以轮子作匀减速运动，则有：
G2 g
aC
FB
L 2
FAy
L 2
(1 12
G2 g
L2 ) AB
解方程得：
FB
G2 (G1 2G2 ) G1 3G2
vB
AB aC
aB
aB A
aCn aB A
C
FB
G2
vA aA aAn FAy FAx
r 2 L
3g(G1 G2 ) (G1 3G2 )L
③分析AB杆各点的加速度，由基点法得： aC aCn aA aAn aCA
将矢量方程在铅垂方向投影得：
aC
a
n A
aC A
理论力学解答(清华版)
第一章 静力学基本概念1-1 考虑力对物体作用的运动效应，力是（ A ）。
A.滑动矢量B.自由矢量C.定位矢量1-2 如图1-18所示，作用在物体A 上的两个大小不等的力1F 和2F ，沿同一直线但方向相反，则其合力可表为（ C ）。
A.1F –2FB.2F - 1FC.1F +2F图1－18 图1－191-3 F =100N ，方向如图1-19所示。
若将F 沿图示x ，y 方向分解，则x 方向分力的大小x F = C N ，y 方向分力的大小y F = ___B __ N 。
A. 86.6B. 70.0C. 136.6D.25.91-4 力的可传性只适用于 A 。
A. 刚体B. 变形体1-5 加减平衡力系公理适用于 C 。
A. 刚体；B. 变形体；C. 刚体和变形体。
1-6 如图1-20所示，已知一正方体，各边长a ，沿对角线BH 作用一个力F ，则该力在x 1轴上的投影为 A 。
A. 0B. F/2C. F/6D.－F/31-7如图1-20所示，已知F=100N ，则其在三个坐标轴上的投影分别为： Fx = －402N ，Fy = 302N ，Fz = 502 N 。
图1－20 图1－21第二章力系的简化2-1．通过A（3，0，0），B（0，4，5）两点（长度单位为米），且由A指向B的力F，在z轴上投影为，对z轴的矩的大小为。
答：F/2；62F/5。
2-2．已知力F的大小，角度φ和θ，以及长方体的边长a，b，c，则力F在轴z和y上的投影：Fz= ；Fy= ；F对轴x的矩M x(F)= 。
答：Fz=F·sinφ；Fy=－F·cosφ·cosφ；Mx（F）=F（b·sinφ+c·cosφ·cosθ）图2－40 图2－412-3．力通过A（3，4、0），B（0，4，4）两点（长度单位为米），若F=100N，则该力在x轴上的投影为，对x轴的矩为。
清华大学-理论力学-习题解答-2-22
− ω 2rctgθ
sinθ
=
2 vA2 r
sin 2 θ
cosθ
(3) AB 杆的瞬心为点 D，由于 xD = r / sinθ , yD = r cosθ / sin 2 θ ，因此定瞬心轨
迹为：
x4 − r2(x2 + y2) = 0
在随体坐标系 Ax1y1 中， x1 = rctg 2θ , y1 = rctgθ ， 因此动瞬心轨迹为: y12 = rx1
vCx = v A cos2 θ ,
vCy
=
−
vA 2
sin 2θ
加速度 aC = aA + ε × r + ω × (ω × r) ，代入角速度，角加速度得：
aCx
= εrctgθ
sin θ
+ ω 2rctgθ
cosθ
=
vA2 r
sin 3 θ (2 + sec2 θ )
aCy
= εrctgθ
cosθ
等，有 vC = vA cosθ ，因此ω × rC = vA − vC = vA sinθ ，可得杆 AB 的角速度：
ω
=
vA r
sinθtgθ
而角加速度：
ε
=dω dt=Fra bibliotekvA r
(cosθtgθ
+ sinθ
sec2 θ )ω
=
vA r
2 (1 + sec2 θ ) sin 2 θtgθ
(2) C 点速度 vC = vA cosθ ，即：
2-22 图示直杆 AB 在铅垂面内沿固定半圆柱滑下时，如果 A 端沿水平轴 x 向右运动的速度 vA = const ，试求在任意位置θ 处： （1） 直杆 AB 的角速度及角加速度； （2） 杆与圆柱接触点 C 的速度及加速度； （3） 直杆 AB 运动时的动、定瞬心轨迹。
理论力学常见问题及解答
绪论1.按照定义：“理论力学”是研究物体机械运动一般规律的科学。
定义中为何没有“力”？解答：定义中“机械运动一般规律”指物体“运动和力”的关系，“力”是隐含在定义表述中的，理论力学与力一定有关系。
参考资料：贾启芬，刘习军. 《理论力学》，机械工业出版社2011第2版萧龙翔等.《理论力学》，天津大学出版社1995范钦珊. 《理论力学》，清华大学出版社2004关键词：理论力学定义，运动，力2.①什么是参考系？②力与参考系有关吗？解答：①为了表述物体的运动，必须选定一个坐标系，在该坐标系中，能够用坐标唯一确定物体的位置，这样的坐标系称为运动参考系。
②力与参考系无关。
参考资料：贾启芬，刘习军. 《理论力学》，机械工业出版社2011第2版萧龙翔等.《理论力学》，天津大学出版社1995洪嘉振，杨长俊. 《理论力学》，高等教育出版社2008（第3版）关键词：参考系，力，运动第1单元：静力学基础1.①把人看作刚体，汽车中的人是平衡的吗？②地球同步通讯卫星是平衡的吗？解答：①如果汽车作匀速直线运动，则汽车中的人是平衡的；否则不是。
②同步卫星不是平衡的，因为将地球作为参考系，在该参考系中，虽然卫星不动，但地球这样的参考系不是惯性参考系。
参考资料：贾启芬，刘习军. 《理论力学》，机械工业出版社2011第2版范钦珊. 《理论力学》，清华大学出版社2004洪嘉振，杨长俊. 《理论力学》，高等教育出版社2008（第3版）关键词：物体平衡，惯性参考系，人，汽车，同步卫星2.物体平衡与力系平衡完全等价吗？举例说明。
解答：物体平衡，其上作用的力系一定平衡；反过来，力系平衡，力学作用的物体不一定平衡，如绕对称轴匀速旋转的轮子，其上力系平衡，但物体不平衡。
参考资料：贾启芬，刘习军. 《理论力学》，机械工业出版社2011第2版萧龙翔等.《理论力学》，天津大学出版社1995关键词：物体平衡，力系平衡，等价关系3.如何理解二力杆？解答：刚体受二力作用平衡，且重力不考虑，则该刚体是“二力杆”。
理论力学复习题
《理论力学》课程学习练习题及参考解答物理学及电子工程学院陆智一、填空题1. 在介质中上抛一质量为m 的小球，已知小球所受阻力v k R-=，若选择坐标轴x 铅直向上，则小球的运动微分方程为_____________________。
2. 质点在运动过程中，在下列条件下，各作何种运动？①0=t a ，0=n a （答）： ；②0≠t a ，0=n a （答）： ；③0=t a ，0≠n a （答）： ；④0≠t a ，0≠n a （答）： 。
3. 质量为kg 10的质点，受水平力F的作用，在光滑水平面上运动，设t F 43+=（t 以s 计，F 以N 计），初瞬间（0=t ）质点位于坐标原点，且其初速度为零。
则s t 3=时，质点的位移等于_______________，速度等于_______________。
4. 在平面极坐标系中，质点的径向加速度为__________；横向加速度为_______。
5. 哈密顿正则方程用泊松括号表示为 ， 。
6. 质量kg m 2=的重物M ，挂在长m l 5.0=的细绳下端，重物受到水平冲击后获得了速度105-⋅=s m v ，则此时绳子的拉力等于 。
7. 平面自然坐标系中的切向加速度为 ，法向加速度为 。
8. 如果V F -∇=，则力所作的功与 无关，只与 的位置有关。
9. 在南半球地面附近自南向北的气流有朝 的偏向；而北半球的河流 岸冲刷较为严重。
10. 已知力的表达式为axy F x =，2az F y -=，2ax F z -=。
则该力做功与路径_ （填“有关”或“无关”），该力_ 保守力（填“是”或“不是”）。
11. 一质量组由质量分别为0m 、20m 、30m 的三个质点组成，某时刻它们的位矢和速度分别为j i r+=1、i v 21=、k j r +=2、i v =2、k r =3、k j i v++=3。
则该时刻质点组相对于坐标原点的动量等于 ，相对于坐标原点的动量矩等于_ 。
清华大学版理论力学课后习题答案大全(免费下载)(第9章动量矩
清华大学版理论力学课后习题答案大全（免费下载）（第9章动量矩第9章动量矩定理及其应用9-1在下列条件下计算系统的动量矩。
1.圆盘以ω的角速度绕o轴转动，质量为m的小球m可沿圆盘的径向凹槽运动，图示瞬时小球以相对于圆盘的速度vr运动到om=s处（图a）；求小球对o点的动量矩。
2.图中质量为m的偏心轮在水平面上作平面运动。
车轮中心为a，质心为C，AC=E；车轮半径为R，车轮中心a的惯性矩为JA；c、 a点和B点位于同一铅垂线上（图B）。
（1）当车轮仅滚动而不滑动时，如果VA已知，则计算车轮的动量和到B点的动量矩；（2）当车轮滚动和滑动时，如果VAω已知，求车轮的动量和B点的动量矩。
解：1。
瞧？MS2（逆）2，（1）vrωmoωab(a)crvaep?mvc?m(va??e)?mva(1?)（逆）rv(r?e)2lb?mvc(r?e)?jc??mva?(ja?me2)arr（b）（2）p?mvc?m(va??e)图9-1lb?mvc(r?e)?jc??m(va??e)(r?e)?(ja?me2)??m(r?e)va?(ja?mer)?9-2在图中所示的系统中，已知滚筒绕O轴旋转的角速度ω，其大半径和小半径分别为R和R，相对于O轴的惯性矩为Jo；a区和B区的质量分别为ma和MB；试着找出系统相对于O轴的动量矩。
ω或解：Rlo?(jo?mar2?mbr2)?练习a的图9-2bθ9-3图中所示的均质细杆OA和EC的质量分别为50kg和100kg，它们在a点焊接在一起。
如果结构在图中所示的位置从静态状态下释放，计算刚释放时杆的角加速度和铰链o处的约束力。
没有铰链摩擦。
解：令m=moa=50kg，则mec=2m质心d位置：（设l=1m)d?od?l255l?m66foxfoymgd2mg刚体作定轴转动，初瞬时ω=0jo??mg??2mg?ljo?ml2?即3ml2??131?2m?(2l)2?2ml2?3ml212习题20-3图D习题20-3解图5mgl2？？5g？8.17rad/2s6l525tad?lg636由质心运动定理：3m?ad?3mg?foyt2511g？mg？449n(↑）3612n？0，福克斯？0，阿德福？3毫克？3米-1-9-4绞车机构如图所示，能绕固定轴旋转的B轮和C轮的半径分别为R和R，各自旋转轴的惯性矩分别为J1和J2。
理论力学答案完整版(清华大学出版社)3
之差称为静不定次数。这类问题需要补充与静不定次数相同数量的变形协调方程才能求解。 未知约束力分量的数目小于独立平衡方程的数目，这类平衡问题是不存在的。 解题要领：
（2）AD 梁上，固定铰链 A 处有 2 个约束力，辊轴铰链 B、C 和 D 各有 1 个约束力， 共有 5 个约束力，这 5 个约束力组成平面一般力系，可以列出 3 个独立的平衡方程。所以， AD 梁是 2 次静不定。
（3）曲梁 AB 两端都是固定端约束，各有 3 个共 6 个约束力组成平面一般力系，而独 立的平衡方程只有 3 个。所以是 3 次静不定。
2 要区分物体维持平衡时的摩擦力与能够产生的最大静摩擦力，两者不可混淆。 3 有摩擦时的平衡问题往往还伴随物体的翻倒问题，要全面考虑，择其合理解。 4 自锁问题通常利用摩擦角概念和二力平衡条件或三力平衡汇交定理解题，具有几何直观、 概念清楚和便于理解的特点。关键是要确定临界平衡时的摩擦角。 5 滚动摩擦问题的考虑类似于滑动摩擦问题。
FA = 63.22 kN . ∑ Fy = 0, FA + FC sin 60o + FB − F1 sin 60o − F2 − q × 3 = 0 ,
FB = 88.74 kN .
题 3-3(a)图
（b）解：以 AB 以梁为研究对象，画受力图，列平衡方程
∑ Fx = 0 ， FD cos 45o − FB cos 45o − F2 cos30o = 0 ， ∑ mC = 0, FD sin 45o × 4 + FB sin 45o × 8 − M − F1 × 2