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第9章 动量矩定理及其应用

9－1 计算下列情形下系统的动量矩。

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. 图示质量为m的偏心轮在水平面上作平面运动。轮心为A，质心为C，且AC = e；轮子半径为R，对轮心A的转动惯量为JA；C、A、B三点在同一铅垂线上（图b）。（1）当轮子只滚不滑时，若vA已知，求轮子的动量和对B点的动量矩；（2）当轮子又滚又滑时，若vA、ω已知，求轮子的动量和对B点的动量矩。 2解：1、LO?m?s（逆）

vr ω M O ω A B (a) C R 2、（1）

vA ep?mvC?m(vA??e)?mvA(1?)（逆） Rv(R?e)2LB?mvC(R?e)?JC??mvA?(JA?me2)A

RR(b)

（2）p?mvC?m(vA??e)

习题9－1图

LB?mvC(R?e)?JC??m(vA??e)(R?e)?(JA?me2)??m(R?e)vA?(JA?meR)?

9－2 图示系统中，已知鼓轮以ω的角速度绕O轴转动，其大、小半径分别为R、r，对O轴的转动惯量为JO；物块A、B的质量分别为mA和mB；试求系统对O轴的动量矩。 ω O r 解： R

LO?(JO?mAR2?mBr2)?

A 习题9－2图

B θ

9－3 图示匀质细杆OA和EC的质量分别为50kg和100kg，并在点A焊成一体。若此结构在图示位置由静止状态释放，计算刚释放时，杆的角加速度及铰链O处的约束力。不计铰链摩擦。

解：令m = mOA = 50 kg，则mEC = 2m 质心D位置：（设l = 1 m) d?OD?55l?m 66FOymgFOxD2mg刚体作定轴转动，初瞬时ω=0

l JO??mg??2mg?l

211 JO?ml2??2m?(2l)2?2ml2?3ml2

312?d

习题20-3解图

习题20-3图

即3ml2??5mgl 22 ??5g?8.17rad/s6l525 t aD?l???g636由质心运动定理： 3m?aD?3mg?FOy

t2511g?mg?449N（↑） 3612n??0，aD?0， FOx?0 FOy?3mg?3m 9－4 卷扬机机构如图所示。可绕固定轴转动的轮B、C，其半径分别为R和r，对自身转轴的转动惯量分别为J1和J2。被提升重物A的质量为m，作用于轮C的主动转矩为M，求重物A的加速度。

解：对轮C： ??R J2?C?M?FTr B R B 对轮B和重物A：

FT′ (J1?mR2)??FT?R?mgR

M FT 运动学关系： M a A r A C r a?r?C?R? C (M?mgr)rR2 a?2222J1r?J2R?mRr

mg

习题9－4图

题9-4解图

9－5 图示电动绞车提升一质量为m的物体，在其主动轴上作用一矩为M的主动力偶。已知主动轴和从动轴连同安装在这两轴上的齿轮以及其它附属零件对各自转动轴的转动惯量分别为J1和J2；传动比r2 : r1 = i；吊索缠绕在鼓轮上，此轮半径为R。设轴承的摩擦和吊索的质量忽略不计，求重物的加速度。

解：对轮1（图a）：

M FN′ J1 r1 J1 M F′ r1 J2 R r2 J2 R r2 FN （a） F m

J1?1?M?Fr1

对轮2（图b）：

mg m 习题9－5图

（b） 习题9－5解图

(J2?mR2)?2?F?r2?mgR r1?1?r2?2；?1?i?2

Mi?mgR?2?

J2?mR2?J1i2(Mi?mgR)R重物的加速度：a?R?2?J2?mR2?J1i2

9－6 均质细杆长2l，质量为m，放在两个支承A和B上，如图所示。杆的质心C到两支承的距离相等，即AC = CB = e。现在突然移去支承B，求在刚移去支承B瞬时支承A上压力的改变量ΔFA。

22解：JA??mge，(ml?me)??mge

13A C 习题9－6图

B maC?mg?FA

3ge2aC?e??2 2l?3e3mge2FA?mg?2

l?3e2mg3mge2mg3e2?l2?FA??FA?2??mg2l?3e222(l2?3e2)

??A C B FA

mg 习题9－6解图

9－7 为了求得连杆的转动惯量，用一细圆杆穿过十字头销A处的衬套管，并使连杆绕这细杆的水平轴线摆动，如图a、b所示。摆动100次所用的时间为100s。另外，如图c所示，为了求得连杆重心到悬挂轴的距离AC = d，将连杆水平放置，在点A处用杆悬挂，点B放置于台秤上，台秤的读数F = 490N。已知连杆质量为80kg，A与B间的距离l=1m，十字头销的半径r = 40mm。试求连杆对于通过质心C并垂直于图面的轴的转动惯量JC。

习题9－7图

解：图（a），???1时，

????mg(d?r)? JA????mg(d?r)??0 JA????mg(d?r)??0 ?JAAd?r?C?B.. ?n? T?2πmg(d?r) JA?2πJA

mg(d?r)?n（1） （2）

Amg

(a) JA?JC?m(d?r)2

由图（b）：

Fl5?MA?0，d?mg?8?0.625m

CBFd代入（1）、（2），注意到周期T?2s，得

JC?mg(d?r)g2?m(d?r)?m(d?r)[?(d?r)]π2π29.8?80?0.665?(2?0.665)

π?17.45kg?m2lmg

(b) 习题9－7解图

9－8 图示圆柱体A的质量为m，在其中部绕以细绳，绳的一端B固定。圆柱体沿绳子解开的而降落，其初速为零。求当圆柱体的轴降落了高度h时圆柱体中心A的速度υ和绳子的拉力FT。

解：法1：图（a） maA?mg?FT JAα?FTr aA?rα JA?mr2 解得

FT?1mg（拉） 3（1） （2） （3）

12

习题9－8图

aA?g（常量）

23（4）