剛體繞定軸轉(zhuǎn)動微分方程

1、關(guān)于剛體繞定軸轉(zhuǎn)動微分方程第1頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四設(shè)定軸轉(zhuǎn)動剛體某瞬時的角速度為，角加速度為設(shè)其上第i個質(zhì)點(diǎn)所受的外力為 ，內(nèi)力為因剛體作定軸轉(zhuǎn)動，故只考慮力矩的效應(yīng)第i個質(zhì)點(diǎn)所受的力Fi對轉(zhuǎn)軸z軸之矩為6-1 剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程zrimi對整個剛體第2頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四令即剛體對z軸的轉(zhuǎn)動慣量,它是轉(zhuǎn)動剛體慣性的度量定軸轉(zhuǎn)動剛體轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動角加速度的乘積等于作用于剛體上的所有外力對轉(zhuǎn)軸之矩的代數(shù)和。剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程第3頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四OR6-2 轉(zhuǎn)動慣量一、簡單形體

2、的轉(zhuǎn)動慣量均質(zhì)細(xì)直桿dxx均質(zhì)薄圓環(huán)RzO均質(zhì)圓板mi二、回轉(zhuǎn)半徑(慣性半徑)rdrlxzO第4頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四三、平行軸定理riyzxOmi Jz= JC+ md2剛體對任一定軸z軸的轉(zhuǎn)動慣量Jz ，等于它對通過質(zhì)心C且與z軸平行的C軸的轉(zhuǎn)動慣量JC，加上其質(zhì)量m與兩軸間的距離d的平方乘積。z 軸過質(zhì)心C, 則 C zxydri【證明】設(shè)質(zhì)心C的坐標(biāo)為 (xC,yC),則任一點(diǎn)mi的坐標(biāo)滿足: xi=xC+ xi, yi=yC+ yi即顯然 第5頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四【例6-1】圖示質(zhì)量為 m長度為l 的均質(zhì)直桿O

3、A和質(zhì)量為 m 半徑為 R的均質(zhì)圓盤 C在A點(diǎn)剛性連接，求系統(tǒng)對垂直于圖面且過 O 點(diǎn)的軸的轉(zhuǎn)動慣量?！窘狻?JO = JO(OA) + JO(C)OCA四、例題第6頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四6-3 剛體平面運(yùn)動微分方程由質(zhì)心運(yùn)動定理得 剛體的平面運(yùn)動可視為隨質(zhì)心（基點(diǎn)）的平動和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動的合成。由相對于質(zhì)心的動量矩定理得 CrC應(yīng)用時多取投影式DO一、運(yùn)動微分方程第7頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四【例6-6】均質(zhì)圓輪C質(zhì)量為m，其上繞以細(xì)繩，繩的一端固定于O點(diǎn)。求其下降時質(zhì)心 C 的加速度和繩的拉力。OC【解】1）輪C作平面運(yùn)動運(yùn)

4、動微分方程為TCmg2）輪C左邊沿與繩接觸點(diǎn)I為瞬心3）求解I二、例題第8頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四AO【例6-7】 均質(zhì)圓盤O和C的質(zhì)量分別為M和m，半徑分別為R和 r。圓盤O 可繞通過點(diǎn) O 的水平軸轉(zhuǎn)動，繩的一端繞在圓盤O上，另一端繞在圓盤 C上。求當(dāng)圓盤C下落時質(zhì)心C的加速度及繩AB段的張力。TCBTmgMgN【解】1）輪O作定軸轉(zhuǎn)動其平面運(yùn)動微分方程為點(diǎn)C的絕對加速度2）輪C作平面運(yùn)動點(diǎn)B為相對瞬心4）求解點(diǎn)A的加速度其平面運(yùn)動微分方程為第9頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四【例6-8】長為l 質(zhì)量為m 的均質(zhì)直桿A端用細(xì)繩懸掛

5、于天花板上，B端靜止放置于光滑水平面上。求突然剪斷繩時點(diǎn) B 的加速度及桿AB的角加速度。OABCmgNaC【解】1）AB桿作平面運(yùn)動列平面運(yùn)動微分方程2）分析B點(diǎn)的加速度因=0，故求aB的投影3）求解aC第10頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四AOCBr【例6-9】圖示半徑為r質(zhì)量為m的均質(zhì)圓輪上纏以無重水平細(xì)繩，A端固定。輪心O處作用一水平常力FO，輪與水平地面間的動滑動摩擦因數(shù)為f。設(shè)力FO足夠大，使輪心O水平向右運(yùn)動，輪子轉(zhuǎn)動使不可伸長細(xì)繩展開。求在FO作用下輪心O從靜止開始走過s段路程時輪子的角速度和角加速度。FCmgNFFO【解】1）列輪子運(yùn)動方程4）摩擦條

6、件：F=Nf2）C為瞬心，則滿足 aO= r， vO= r5）求解：3）勻變速運(yùn)動學(xué)條件aO第11頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四C【例6-10】質(zhì)量為m半徑為r的均質(zhì)圓柱C無初速的放在質(zhì)量為M傾角為 的斜面上，斜面與地面光滑接觸 。不計滾動阻力，求斜面的加速度、圓柱中心 C 點(diǎn)的相對加速度和角加速度。mgNaraeae【解】1）若斜面與圓柱光滑接觸，圓柱受力如圖。整體的動量在水平方向守恒求解：顯然圓柱只滑不滾。第12頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四CmgNaraeFae2）若斜面與圓柱粗糙接觸，圓柱作純滾動。整體動量水平方向守恒求解圓柱的牽連運(yùn)動為平動第13頁，共15頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)30分，星期四CmgNaraeFae3）若斜面與圓柱粗糙接觸，