理论力学题库第五章
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第五章 点的运动 习题全解[习题5-1] 一点按2123+-=t t x 的规律沿直线动动(其中t 要s 计,x 以m 计).试求:(1)最初s 3内的位移;(2)改变动动方向的时刻和所在位置;(3)最初s 3内经过的路程;(4)s t 3=时的速度和加速度;(5)点在哪段时间作加速度,哪段时间作减速运动. 解:(1)求最初s 3内的位移.m x 220120)0(3=+⨯-= m x 723123)3(3-=+⨯-=)(927)0()3(m x x x -=--=-=∆ (动点的位移为9m,位移的方向为负x 方向). (2)求改变动动方向的时刻和所在位置. 改变方向时,动点的速度为零.即: 01232=-==t dtdxv , 亦即:当s t 2=时,动点改变运动方向.此时动点所在的位置为: )(1422122)2(3m x -=+⨯-= (3)求最初s 3内经过的路程.)(23716|)14(7||214|)3~2()2~0()3~0(m S S S =+=---+--=+= (4)求s t 3=时的速度和加速度1232-==t dt dx v )/(151233)3(2s m dt dx v =-⨯== t dtdv a 6== )/(1836)3(2s m a =⨯=(5)求动点在哪段时间作加速度,哪段时间作减速运动.若v 与a 同号,则动点作加速运动; 若v 与a 异号,则动点作减速运动.即: 同号时有:0)2)(2(18)4(18)6)(123(22>+-=-=-=t t t t t t t va0)2)(2(>+-t t t20<<t .即当s t 20<<时,动点作加速动动.Oxy图题25-异号时有:0)2)(2(<+-t t t2>t即当s t 2>时,动点作减速运动.[习题5-2] 已知图示机构中,l AB OA ==,a AC DM CM ===,求出t ωϕ=时,点M 的动动方程和轨迹方程。
理论力学题库——第五章一、填空题1. 限制力学体系中各质点自由运动的条件称为 。
质点始终不能脱离的约束称为 约束,若质点被约束在某一曲面上,但在某一方向上可以脱离,这种约束称为 约束。
2. 受有理想约束的力学体系平衡的充要条件是 ,此即 原理。
3. 基本形式的拉格朗日方程为 ,保守力系的拉格朗日方程为 。
4. 若作用在力学体系上的所有约束力在任意虚位移中所作的虚功之和为零,则这种约束称为 约束。
5. 哈密顿正则方程的具体形式是 和 。
5-1. n 个质点组成的系统如有k 个约束,则只有 3n - k 个坐标是独立的. 5-2.可积分的运动约束与几何约束在物理实质上没有区别,合称为 完整约束 .5-3自由度可定义为:系统广义坐标的独立 变分数目 ,即可以独立变化的 坐标变更数 . 5-4.广义坐标就是确定力学体系空间位置的一组 独立坐标 。
5-5.虚位移就是 假想的 、符合约束条件的、无限小的、 即时的 位置变更。
5-6.稳定约束情况下某点的虚位移必在该点曲面的 切平面上 。
5-7.理想、完整、稳定约束体系平衡的充要条件是 主动力虚功之和为零 . 5-8.有效力(主动力 + 惯性力)的总虚功等于 零 。
5-9.广义动量的时间变化率等于 广义力 (或:主动力+拉氏力)。
5-10.简正坐标能够使系统的动能和势能分别用 广义速度 和 广义坐标 的平方项表示。
5-11.勒让德变换就是将一组 独立 变数变为另一组 独立 变数的变换。
5-12.勒让德变换可表述为:新函数等于 不要的变量 乘以原函数对该变量的偏微商的 和 ,再减去原函数。
5-13.广义能量积分就是 t 为循环坐标时的循环积分。
5-14. 泊松定理可表述为:若21),,(,),,(c t p q c t p q ==ψϕ是正则方程的初积分,则 []3c ,=ψϕ 也是正则方程的初积分.5-15.哈密顿正则方程的泊松括号表示为: ],[H p pαα= ; ],[H q q αα= 。
习 题5-1 如图5-13所示,偏心轮半径为R ,绕轴O 转动,转角tωϕ=(ω为常量),偏心距eOC=,偏心轮带动顶杆AB 沿铅垂直线作往复运动。
试求顶杆的运动方程和速度。
图5-13)(cos )sin(222t e Rt e y ωω-+=)(cos 2)2sin()[cos(222t e Rt e t e yv ωωωω-+==5-2 梯子的一端A 放在水平地面上,另一端B 靠在竖直的墙上,如图5-14所示。
梯子保持在竖直平面内沿墙滑下。
已知点A 的速度为常值v 0,M 为梯子上的一点,设MA = l ,MB = h 。
试求当梯子与墙的夹角为θ时,试点M 速度和加速度的大小。
图5-14A M x hl h h x +==θsin θc o s l y M =0c o s v hl h xhl h h x A M +=+== θθ得 θθcos )(0h l v +=θθθθθt a n)(c o s )(s i ns i n 0h l lv h l v l l yM +-=+⨯-=-= 0=M xθθθθθ3222020cos )(cos )(sec )(sec )(h l lv h l v h l lv h l lv y M +-=+⨯+-=+-=θ322cos )(h l lv a M +=5-3 已知杆OA 与铅直线夹角6/πt =ϕ(以 rad 计,t 以s计),小环M 套在杆OA 、CD 上,如图5-15所示。
铰O 至水平杆CD 的距离h =400 mm 。
试求t = 1 s 时,小环M 的速度和加速度。
图5-15ϕtan h x M =ϕϕϕ22s e c 6π400s e c ⨯== h x Mϕϕϕϕϕϕϕsi ns e c 9π200sin sec 6π3π400)sin sec 2(6π4003233=⨯⨯=⨯⨯= M x当s1=t 时6π=ϕm m /s3.2799π800346π400)6π(s e c 6π4002==⨯==M v 223232mm/s8.168327π80021)32(9π200)6πsin()6π(sec 9π200==⨯⨯=⨯⨯=M a5-4 点M 以匀速u 在直管OA 内运动,直管OA 又按tωϕ=规律绕O 转动,如图5-16所示。
第五章思考题5.1虚功原理中的“虚功”二字作何解释?用虚功原理理解平衡问题,有何优点和缺点?5.2 为什么在拉格朗日方程中,a θ不包含约束反作用力?又广义坐标与广义力的含义如何?我们根据什么关系由一个量的量纲定出另一个量的量纲?5.3广义动量a p 和广义速度a q &是不是只相差一个乘数m ?为什么a p 比aq &更富有意义? 5.4既然aq T &∂∂是广义动量,那么根据动量定理,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂αq T dt d &是否应等于广义力a θ?为什么在拉格朗日方程()14.3.5式中多出了a q T ∂∂项?你能说出它的物理意义和所代表的物理量吗?5.5为什么在拉格朗日方程只适用于完整系?如为不完整系,能否由式()13.3.5得出式()14.3.5?5.6平衡位置附近的小振动的性质,由什么来决定?为什么22s 个常数只有2s 个是独立的?5.7什么叫简正坐标?怎样去找?它的数目和力学体系的自由度之间有何关系又每一简正坐标将作怎样的运动?5.8多自由度力学体系如果还有阻尼力,那么它们在平衡位置附近的运动和无阻尼时有何不同?能否列出它们的微分方程?5.9 dL 和L d 有何区别?a q L ∂∂和aq L ∂∂有何区别? 5.10哈密顿正则方程能适用于不完整系吗?为什么?能适用于非保守系吗?为什么?5.11哈密顿函数在什么情况下是整数?在什么情况下是总能量?试祥加讨论,有无是总能量而不为常数的情况?5.12何谓泊松括号与泊松定理?泊松定理在实际上的功用如何?5.13哈密顿原理是用什么方法运动规律的?为什么变分符号δ可置于积分号内也可移到积分号外?又全变分符号∆能否这样?5.14正则变换的目的及功用何在?又正则变换的关键何在?5.15哈密顿-雅可比理论的目的何在?试简述次理论解题时所应用的步骤.5.16正则方程()15.5.5与()10.10.5及()11.10.5之间关系如何?我们能否用一正则变换由前者得出后者?5.17在研究机械运动的力学中,刘维定理能否发挥作用?何故?5.18分析力学学完后,请把本章中的方程和原理与牛顿运动定律相比较,并加以评价.第五章思考题解答5.1 答:作.用于质点上的力在任意虚位移中做的功即为虚功,而虚位移是假想的、符合约束的、无限小的.即时位置变更,故虚功也是假想的、符合约束的、无限小的.且与过程无关的功,它与真实的功完全是两回事.从∑⋅=ii i r F W ρρδδ可知:虚功与选用的坐标系无关,这正是虚功与过程无关的反映;虚功对各虚位移中的功是线性迭加,虚功对应于虚位移的一次变分.在虚功的计算中应注意:在任意虚过程中假定隔离保持不变,这是虚位移无限小性的结果.虚功原理给出受约束质点系的平衡条件,比静力学给出的刚体平衡条件有更普遍的意义;再者,考虑到非惯性系中惯性力的虚功,利用虚功原理还可解决动力学问题,这是刚体力学的平衡条件无法比拟的;另外,利用虚功原理解理想约束下的质点系的平衡问题时,由于约束反力自动消去,可简便地球的平衡条件;最后又有广义坐标和广义力的引入得到广义虚位移原理,使之在非纯力学体系也能应用,增加了其普适性及使用过程中的灵活性.由于虚功方程中不含约束反力.故不能求出约束反力,这是虚功原理的缺点.但利用虚功原理并不是不能求出约束反力,一般如下两种方法:当刚体受到的主动力为已知时,解除某约束或某一方向的约束代之以约束反力;再者,利用拉格朗日方程未定乘数法,景观比较麻烦,但能同时求出平衡条件和约束反力.5.2 答 因拉格朗日方程是从虚功原理推出的,而徐公原理只适用于具有理想约束的力学体系虚功方程中不含约束反力,故拉格朗日方程也只适用于具有理想约束下的力学体系,αθ不含约束力;再者拉格朗日方程是从力学体系动能改变的观点讨论体系的运动,而约束反作用力不能改变体系的动能,故αθ不含约束反作用力,最后,几何约束下的力学体系其广义坐标数等于体系的自由度数,而几何约束限制力学体系的自由运动,使其自由度减小,这表明约束反作用力不对应有独立的广义坐标,故αθ不含约束反作用力.这里讨论的是完整系的拉格朗日方程,对受有几何约束的力学体系既非完整系,则必须借助拉格朗日未定乘数法对拉格朗日方程进行修正.广义坐标市确定质点或质点系完整的独立坐标,它不一定是长度,可以是角度或其他物理量,如面积、体积、电极化强度、磁化强度等.显然广义坐标不一定是长度的量纲.在完整约束下,广义坐标数等于力学体系的自由度数;广义力明威力实际上不一定有力的量纲可以是力也可以是力矩或其他物理量,如压强、场强等等,广义力还可以理解为;若让广义力对应的广义坐标作单位值的改变,且其余广义坐标不变,则广义力的数值等于外力的功由W q r F s i ni i δδθδααα==⋅∑∑==11ρρ知,ααδθq 有功的量纲,据此关系已知其中一个量的量纲则可得到另一个量的量纲.若αq 是长度,则αθ一定是力,若αθ是力矩,则αq 一定是角度,若αq 是体积,则αθ一定是压强等.5.3 答 αp 与αq &不一定只相差一个常数m ,这要由问题的性质、坐标系的选取形式及广义坐标的选用而定。
2014级理论力学期末考试试题题库理论力学试题第一章物系受力分析画图题1、2、3、4、5、第二章平面汇交力系计算题1、2、4、6、第三章平面任意力系计算题1、2、6、7、8、第四章空间力系计算题1、2、3、4、5、6、第五章静力学综合填空题1、作用在刚体上某点的力,可以沿着其作用线移动到刚体上任意一点,并不改变它对刚体的作用效果。
2、光滑面约束反力方向沿接触面公法线指向被约束物体。
3、光滑铰链、中间铰链有1个方向无法确定的约束反力,通常简化为方向确定的 2 个反力。
4、只受两个力作用而处于平衡的刚体,叫二力构件,反力方向沿二力作用点连线。
5、约束力的方向与该约束所能阻碍的位移方向相反 .6、柔软绳索约束反力方向沿绳索 ,指向背离被约束物体.7、在平面内只要保持力偶矩和转动方向不变,可以同时改变力偶中力的大小和力臂的长短,则力偶对刚体的作用效果不变。
8、力偶的两个力在任一坐标轴上投影的代数和等于零,它对平面内的任一点的矩等于力偶矩,力偶矩与矩心的位置无关。
9、同一平面内的两个力偶,只要力偶矩相等,则两力偶彼此等效.10、平面汇交力系可简化为一合力 ,其大小和方向等于各个力的矢量和,作用线通过汇交点.11、平面汇交力系是指力作用线在同一平面内 ,且汇交与一点的力系.12、空间平行力系共有 3 个独立的平衡方程.13、空间力偶对刚体的作用效果决定于力偶矩大小、力偶作用面方位、力偶的转向三个因素。
14、空间任意力系有 6 个独立的平衡方程.15、空间汇交力系的合力等于各分力的矢量和,合力的作用线通过汇交点 .第五章静力学综合摩擦填空题1、当作用在物体上的全部主动力的合力作用线与接触面法线间的夹角小于摩擦角时,不论该合力大小如何,物体总是处于平衡状态,这种现象称为自锁现象.2、答案:50N3、答案:φm/24、静摩擦力Fs的方向与接触面间相对滑动趋势的方向相反,其值满足__0<=F S<=F MAX摩擦现象分为滑动摩擦和__滚动摩阻__两类。
图s5.4 第五章 非惯性系中的质点力学思5.1答:这种说法不正确。
于某时将质点与S'系就地固连(就地固连是指若在另一时刻,质点相对S'系的位置将发生变化,质点就需固连于S'系中另一位置),由于S'系的运动而引起的质点相对于S 系的运动称为牵连运动。
思5.2答:'υ对S '系确有一定的依赖关系,因为若没有S'系,就不存在质点相对于S'系的速度。
但这种依赖关系并不意味着,对于除S'系以为的其它参考系(如S 系)'υ就不存在。
在选定两个参考系(S 和S'系)后,'υ这个客观存在的矢量既可以向S'系(O'x'y'z')投影,也可以向S 系(Oxyz )投影;随着时间的推移,'υ相对于S'系会发生改变,相对于S 系也会发生改变;因此当然可以求相对速度'υ的绝对变率。
思5.3答:这种说法不对。
应注意t υ和t a 的存在,并不说明质点真的被S'系带着以这个速度和加速度运动,它是假设质点与S'系就地固连后产生的对S 系的速度和加速度。
思5.4答: ω为P 点相对S'绕O 点作圆周运动的角速度,而不是S'系的角速度,ω是相对变率,当然对于ω,其相对变率与绝对变率总是相等的。
0a 为牵连加速度,()''⨯+⨯⨯ωr ωωr 为相对加速度 Oxyz 为平动坐标系 0∴=ω P 点相对S'系的速度''=⨯υωr ω是P 点相对S'绕O 点作圆周运动的角速度 t c '∴=++a a a a ()*0d 2d ''t=++⨯⨯υa ωωr 0''=⨯+⨯+ωr ωr a()0''=⨯+⨯⨯+ωr ωωr a思5.5答:若选择与圆盘固连的O'x'y'z'为S'系,则P 点相对S'的相对速率为0'=υ,S 系的角速度为ω()0''∴=+⨯+⨯⨯a a ωr ωωr其中ω为S'系的角速度的相对变率,ω为S'系的角速度。
一、概念题1. 一物块重量为G ,置于倾角为30°的粗糙斜面上,如图所示,物块上作用一力F 。
斜面与物块间的摩擦角为ϕ=25°。
物块能平衡的情况是( )。
2.一均质圆盘重量为G ,半径为R ,搁置在粗糙的水平面上,如图所示。
已知M = FR ,在不计滚动摩阻的情况下,受力分析如下。
其中受力分析正确的是( )。
3.如图所示,重量分别为G A 和G B 的物体重叠地放置在粗糙的水平面上,水平力P 作用于物体A上,设A 、B 间的摩擦力的最大值为max A F ,B 与水平面间的摩擦力的最大值为max B F ,若A 、B 能各自保持平衡,则各力之间的关系为( )。
① max max B A F F P >>② max max B A F F P <<③ max max A B F P F >>④ max max B A F P F <<4.如图所示,物体A 重力的大小为100kN ,物体B 重力的大小为25kN ,A 与地面间的摩擦系数为0.2,滑轮处摩擦不计。
则物体A 与地面间的摩擦力为( )。
① 20kN② 16kN③ 15kN④ 12kN① F = 0 ② F 水平向右,且F = G ③ F 沿斜面向上,且F = G ① ②③④ ⑤⑥5.如图所示,当左右两木板所受的压力均为F 时,物体A夹在木板中间静止不动。
若两端木板所受压力各为2F ,则物体A 所受到的摩擦力为( )。
① 与原来相等② 是原来的两倍③ 是原来的四倍6.如图所示,已知重物重量为P = 100N ,用力F = 500N 的压力压在一铅直面上,其摩擦系数s f = 0.3,则重物受到的摩擦力为( )。
① 150kN② 100kN③ 500kN④ 30kN7.一物块重量为P ,放在倾角为α的斜面上,如图所示,斜面与物块间的摩擦角为m ϕ,且αϕ>m 。
今在物块上作用一大小也等于P 的力,则物块能在斜面上保持平衡时力P 与斜面法线间的夹角β的最大值应是( )。
《理论力学》第五章作业参考答案习题5-5解: 设当线段AB 水平时套管A 所处的位置为原点,则根据几何关系,222l x AB +=套管A 的运动方程可以写为:22l AB x -=因此,套管A 的速度dtdABx l x dt dABl AB ABdtdx v 2222+=-==由于绳索以等速拉下时,线段AB 缩短,故0v dtdAB=-,所以 022v xl x v +-=(即方向向上)相应地,套管A 的加速度32202220x l v x dt dx l x dt dAB x v dt dv a -=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--== (即方向向上)答:套管A 的速度和加速度与距离x 的关系分别为:022v xl x v +-=和3220xlv a -=。
习题5-10解:由于动点M 的切向加速度与速度均沿切线方向τ,根据题意: ()βτcos ,cos ==aaa t22n t a a a +=所以动点M 的切向加速度和法向加速度分别为 66.82310cos =⨯==βa a t (m/s 2)566.8102222=-=-=t n a a a (m/s 2)又动点M 的速度为j i v34+=,所以53422=+=v (m/s)根据关系式ρ2v a n =我们有:55522===n a v ρ(m)答:轨迹在动点密切面内的曲率半径为5m 、切向加速度为8.66m/s 2。
习题5-11解:根据题意,小环M 的运动方程可以写做:22x vty pvt⎧=⎨=⎩ 所以小环M 的速度:22x yv x v pv p v y v x pvt ⎧==⎪⎪⎨⎪===⎪⎩2212M x y pv v v v x=+=+小环M 的加速度:202x x y y a v v p a v x x⎧==⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩22M y v p a a xx==-答:小环M 的速度和加速度分别为12p v x +和22v p xx-。
第五章思考题5.1虚功原理中的“虚功”二字作何解释?用虚功原理理解平衡问题,有何优点和缺点?何?我们根据什么关系由一个量的量纲定出另一个量的量纲dL 和d L 有何区别?—和—L 有何区别?q a q a哈密顿正则方程能适用于不完整系吗?为什么?能适用于非保守系吗?为什么?量而不为常数的情况?5.12何谓泊松括号与泊松定理?泊松定理在实际上的功用如何? 5.13哈密顿原理是用什么方法运动规律的?为什么变分符号 积分号外?又全变分符号能否这样?5.14正则变换的目的及功用何在?又正则变换的关键何在?5.15哈密顿-雅可比理论的目的何在?试简述次理论解题时所应用的步骤5.16正则方程 5.5.15与5.10.10及5.10.11之间关系如何?我们能否用一正则变换由 前者得出后者?5.17在研究机械运动的力学中,刘维定理能否发挥作用?何故?5.2为什么在拉格朗日方程中,a 不包含约束反作用力?又广义坐标与广义力的含义如5.3广义动量P a 和广义速度q a 是不是只相差一个乘数 m ?为什么P a 比q a 更富有意义?5.4既然丄 是广义动量,那么根据动量定理,q ad—是否应等于广义力dt q在拉格朗日方程 5.3/4式中多出了 丄项?你能说出它的物理意义和所代表的物理量qa吗?5.5为什么在拉格朗日方程只适用于完整系?如为不完整系,能否由式5.3.13得出式5.3.14 ?5.6平衡位置附近的小振动的性质,由什么来决定?为什么 2s 2个常数只有2s 个是独立的?5.7什么叫简正坐标?怎样去找?它的数目和力学体系的自由度之间有何关系又每一简正 坐标将作怎样的运动?5.8多自由度力学体系如果还有阻尼力,那么它们在平衡位置附近的运动和无阻尼时有何 不同? 能否列出它们的微分方程?5.95.10 5.11 哈密顿函数在什么情况下是整数?在什么情况下是总能量?试祥加讨论,有无是总能可置于积分号内也可移到5.18 分析力学学完后,请把本章中的方程和原理与牛顿运动定律相比较,并加以评价第五章思考题解答5.1 答:作.用于质点上的力在任意虚位移中做的功即为虚功,的、无限小的.即时位置变更,故虚功也是假想的、符合约束的、无限小的而虚位移是假想的、符合约束.且与过程无关的功,它与真实的功完全是两回事.从W F i r i 可知:虚功与选用的坐标系无关,这i正是虚功与过程无关的反映;虚功对各虚位移中的功是线性迭加,虚功对应于虚位移的一次变分.在虚功的计算中应注意:在任意虚过程中假定隔离保持不变,这是虚位移无限小性的结果.虚功原理给出受约束质点系的平衡条件,比静力学给出的刚体平衡条件有更普遍的意义;者,考虑到非惯性系中惯性力的虚功,利用虚功原理还可解决动力学问题,这是刚体力学的平衡条件无法比拟的;另外,利用虚功原理解理想约束下的质点系的平衡问题时,由于约束反力自动消去,可简便地球的平衡条件;最后又有广义坐标和广义力的引入得到广义虚位移原理,使之在非纯力学体系也能应用,增加了其普适性及使用过程中的灵活性.由于虚功方程中不含约束反力.故不能求出约束反力,这是虚功原理的缺点.但利用虚功原理并不是不能求出约束反力,一般如下两种方法:当刚体受到的主动力为已知时,解除某约束或某一方向的约束代之以约束反力;再者,利用拉格朗日方程未定乘数法,景观比较麻烦,但能同时求出平衡条件和约束反力5.2 答因拉格朗日方程是从虚功原理推出的,而徐公原理只适用于具有理想约束的力学体系虚功方程中不含约束反力,故拉格朗日方程也只适用于具有理想约束下的力学体系,含约束力;再者拉格朗日方程是从力学体系动能改变的观点讨论体系的运动,而约束反作用力不能改变体系的动能,故不含约束反作用力,最后,几何约束下的力学体系其广义坐标数等于体系的自由度数,而几何约束限制力学体系的自由运动,使其自由度减小,这表明约束反作用力不对应有独立的广义坐标,故不含约束反作用力.这里讨论的是完整系的拉格朗日方程,对受有几何约束的力学体系既非完整系,则必须借助拉格朗日未定乘数法对拉格朗日方程进行修正.广义坐标市确定质点或质点系完整的独立坐标,它不一定是长度,可以是角度或其他物理量,如面积、体积、电极化强度、磁化强度等.显然广义坐标不一定是长度的量纲.在完整约束下,广义坐标数等于力学体系的自由度数;广义力明威力实际上不一定有力的量纲可以是力也可以是力矩或其他物理量,如压强、场强等等,广义力还可以理解为;若让广义力对 应的广义坐标作单位值的改变,且其余广义坐标不变,则广义力的数值等于外力的功由义坐标的选用而定。
理论力学参考答案第5章第5章摩擦· ·47· 47·第5章摩擦一、是非题正确的在括号内打“√”、错误的打“×” 1静滑动摩擦力与最大静滑动摩擦力是相等的。
× 2最大静摩擦力的方向总是与相对滑动趋势的方向相反。
√ 3摩擦定律中的正压力即法向约束反力是指接触面处物体的重力。
× 4当物体静止在支撑面上时支撑面全约束反力与法线间的偏角不小于摩擦角。
× 5斜面自锁的条件是斜面的倾角小于斜面间的摩擦角。
√ 二、填空题1当物体处于平衡时静滑动摩擦力增大是有一定限度的它只能在0≤Fs≤Fsmax范围内变化而动摩擦力应该是不改变的。
2静滑动摩擦力等于最大静滑动摩擦力时物体的平衡状态称为临界平衡状态。
3对于作用于物体上的主动力若其合力的作用线在摩擦角以内则不论这个力有多大物体一定保持平衡这种现象称为自锁现象。
4当摩擦力达到最大值时支撑面全约束反力与法线间的夹角为摩擦角。
5重量为G的均质细杆AB与墙面的摩擦系数为0.6f如图5.12所示则摩擦力为0。
6物块B重2kNP物块A重5kNQ在B上作用一水平力F如图5.13所示。
当系A之绳与水平成30角B与水平面间的静滑动摩擦系数s102f.物块A与B之间的静滑动摩擦系数s2025f.要将物块B拉出时所需水平力F的最小值为2.37kN。
A CB G A B F 图5.12 图5.13 ·48·理论力学·48·三、选择题1如图5.14所示重量为P的物块静止在倾角为的斜面上已知摩擦系数为sfsF为摩擦力则sF的表达式为B 临界时sF的表达式为 A 。
A sscosFfP B ssinFP C sscosFfP D ssinFP NF P sF 图5.14 2重量为G的物块放置在粗糙的水平面上物块与水平面间的静摩擦系数为sf今在物块上作用水平推力P 后物块仍处于静止状态如图5.15所示那么水平面的全约束反力大小为C 。
理论力学题库——第五章一、填空题1. 限制力学体系中各质点自由运动的条件称为 。
质点始终不能脱离的约束称为 约束,若质点被约束在某一曲面上,但在某一方向上可以脱离,这种约束称为 约束。
2. 受有理想约束的力学体系平衡的充要条件是 ,此即 原理。
3. 基本形式的拉格朗日方程为 ,保守力系的拉格朗日方程为 。
4. 若作用在力学体系上的所有约束力在任意虚位移中所作的虚功之和为零,则这种约束称为 约束。
5. 哈密顿正则方程的具体形式是 和 。
5-1. n 个质点组成的系统如有k 个约束,则只有 3n - k 个坐标是独立的. 5-2.可积分的运动约束与几何约束在物理实质上没有区别,合称为 完整约束 .5-3自由度可定义为:系统广义坐标的独立 变分数目 ,即可以独立变化的 坐标变更数 . 5-4.广义坐标就是确定力学体系空间位置的一组 独立坐标 。
5-5.虚位移就是 假想的 、符合约束条件的、无限小的、 即时的 位置变更。
5-6.稳定约束情况下某点的虚位移必在该点曲面的 切平面上 。
5-7.理想、完整、稳定约束体系平衡的充要条件是 主动力虚功之和为零 . 5-8.有效力(主动力 + 惯性力)的总虚功等于 零 。
5-9.广义动量的时间变化率等于 广义力 (或:主动力+拉氏力)。
5-10.简正坐标能够使系统的动能和势能分别用 广义速度 和 广义坐标 的平方项表示。
5-11.勒让德变换就是将一组 独立 变数变为另一组 独立 变数的变换。
5-12.勒让德变换可表述为:新函数等于 不要的变量 乘以原函数对该变量的偏微商的 和 ,再减去原函数。
5-13.广义能量积分就是 t 为循环坐标时的循环积分。
5-14. 泊松定理可表述为:若21),,(,),,(c t p q c t p q ==ψϕ是正则方程的初积分,则 []3c ,=ψϕ 也是正则方程的初积分.5-15.哈密顿正则方程的泊松括号表示为: ],[H p p αα=& ; ],[H q q αα=& 。
5-16.哈密顿原理可表述为:在相同 始终 位置和 等时 变分条件下,保守、完整力系所可能做的真实运动是 主函数 取极值.5-17.正则变换就是 使正则方程 形式不变的广义坐标的变换。
5-18.正则变换目的就是通过正则变换,使新的H *中有更多的 循环坐标 。
5-19. 哈密顿正则方程为:ααp H q ∂∂=& ;ααq H p ∂∂-=& 。
5-20. 哈密顿正则变换的数学表达式为:∑-∂∂=sL q Lq t q p H 1),,(αα&& 。
二、选择题5-1. 关于广义坐标的理解,下列说法正确的是:【B 】A 广义坐标就是一般的坐标;B 广义坐标可以是线量,也可以是角量;C 一个系统的广义坐标数是不确定的;D 系统广义坐标的数目一定就是系统的自由度数5-2. 关于自由度数目的理解,下列说法正确的是:【B 】A 系统的自由度数目就是系统的独立的一般坐标的数目;B 系统的自由度数目与系统的广义坐标的独立变更数目一定相同;C 一个系统的自由度数目是不确定的,与系统广义坐标的选取有关;D 系统的自由度数目一定与系统的广义坐标的数目相同。
5-3. 关于分析力学中的概念,找出错误的说法:【D 】A 拉格朗日方程是S 个二阶常微分方程组成的方程组;B 哈密顿正则方程是2S 个一阶常微分方程组成的方程组;C 拉格朗日函数和哈密顿函数的变量不同;D 拉格朗日方程和哈密顿正则方程是分析力学中两个基本的方程,不能相互推演。
5-4. 分析力学的特点中,正确的有:【C】A 分析力学是对力学体系的分析过程的理论;B分析力学中系统的广义坐标一定与系统的空间坐标有关;C分析力学的研究方法是通过选定系统的广义坐标从而确定系统的运动规律;D 分析力学的研究方法只对力学体系有效5-5. 关于系统约束的分类,错误的描述有:【D】A 系统约束可分为几何约束和运动约束;B 系统约束可分为稳定约束和不稳定约束;C 约束就是对物体运动的位置或速度进行限定;D运动约束就是完整约束。
5-6. 分析力学中的循环坐标,下列描述中错误的有:【D】A 循环坐标是指拉格朗日函数中或哈密顿函数中不显含的广义坐标;B 循环坐标能使拉格朗日方程或哈密顿正则方程求解简单;C 循环坐标可以是线坐标,也可以是其它物理量;D 系统确定,循环坐标数目就一定确定5-7. 关于广义动量和广义速度,下列说法正确的有:【A】A广义速度可以是线速度,也可以是其他的物理量;B广义动量就是动量;C 广义动量等于系统的广义速度乘以系统的质量;D 广义动量的增量等于力对时间的冲量。
5-8. 关于虚功指的是【B】A 当质点发生位移时力所作的功;B 质点在约束可能范围内发生虚位移时力所作的功;C 虚力在质点发生位移时所作的功;D 虚力和虚位移所作的功。
9. 设A、B两质点的质量分别为m A、m B,它们在某瞬时的速度大小分别为v A、v B,则C(A) 当v A=v B,且m A=m B时,该两质点的动量必定相等;(B) 当v A=v B,而m A≠m B时,该两质点的动量也可能相等;(C) 当v A≠v B,且m A≠m B时,该两质点的动量有可能相等;(D) 当v A≠v B,且m A≠m B时,该两质点的动量必不相等;12-2. 设刚体的动量为K,其质心的速度为v C,质量为M,则B(A) K =M v C 式只有当刚体作平移时才成立; (B) 刚体作任意运动时,式K =M v C 恒成立;(C) K =M v C 式表明:刚体作任何运动时,其上各质点动量的合成的最后结果必为一通过质心的合动量,其大小等于刚体质量与质心速度的乘积;(D) 刚体作任何运动时,其上各质点动量合成的最后结果,均不可能为一通过质心的合动量。
10. 如果质点系质心在某轴上的坐标保持不变,则D(A) 作用在质点系上所有外力的矢量和必恒等于零; (B) 开始时各质点的初速度均必须为零; (C) 开始时质点系质心的初速度必须为零;(D) 作用在质点系上所有外力在该轴上投影的代数和必恒等于零,但开始时质点系质心的初速度并不一定等于零。
11. 图示三个均质圆盘A 、B 、C 的重量均为P ,半径均为R ,它们的角速度ω的大小、转向都相同。
A 盘绕其质心转动,B 盘绕其边缘上O 轴转动,C 盘在水平面上向右滚动而无滑动。
在图示位置时,A 、B 、C 三个圆盘的动量分别用K A 、K B 、K C 表示,则C(A)K A =K B =K C ; (B)K A ≠K B ≠K C ;(C)K A ≠K B =K C ;(D)K A =K B ≠K C ;12. 图a 所示机构中,O 1A //O 2B ,且O 1A=O 2B=10cm ,曲柄O 1A 以匀角速度ω=√2rad/s 绕O 1轴朝逆时针向转动,O 1、O 2位于同一水平线上。
图b 所示CD 杆的C 端沿水平面向右滑动,其速度大小v C =20cm/s ,D 端沿铅直墙滑动。
图c 所示EF 杆在倾角为45︒的导槽内滑动,契块以匀速u=20cm/s 沿水平面向左移动。
设AB 、CD 、EF 三均质杆的重量相等,在图示位置时,它们的动量矢量分别用K(A)K AB =K CD ≠K EF ; (B)K AB = K EF ≠ K CD ; (C)K AB ≠K CD ≠ K EF ; (D)K AB =K CD = K EF . 13. 图示均质杆AB 重W ,其A 端置于水平光滑面上,B 端用绳悬挂。
取图示坐标系oxy ,此时该杆质心C 的坐标x C =0。
若将绳剪断,则C(A) 杆倒向地面的过程中,其质心C 运动的轨迹为圆弧; (B) 杆倒至地面后,x C >0; (C) 杆倒至地面后,x C =0; (D) 杆倒至地面后,x C <0。
14. 一圆盘置于光滑水平面上,开始处于静止。
当它受图示力偶(F ,F ')作用后A(A) 其质心C 将仍然保持静止;(B) 其质心C 将沿图示轴方向作直线运动; (C) 其质心C 将沿某一方向作直线运动; (D)其质心C 将作曲线运动。
15. 试判断以下四种说法中,哪一个是正确的?B(A) 质点系的动量必大于其中单个质点的动量;(B) 质点系内各质点的动量均为零,则质点系的动量必为零; (C) 质点系内各质点的动量皆不为零,则质点系的动量必不为零; (D) 质点系的动量的大小等于其各个质点的动量的大小之和。
16. 图示三物体在地面附近某一同样的高度分别以不同的质心初速v a 、v b 、v c (v a >v b >v c )抛出,它们的质量均为M 。
若不计空气阻力,它们的质心加速度分别以a a 、a b 、a c 表示。
以下四种说法中,哪一个是正确的?A(A) a a =a b =a c ;(B) a a <a b <a c ;(C) a a >a b >a c ;(D) a a >a b <a c 。
17.图示三物体在地面附近某一同样的高度分别以不同的质心初速v a 、v b 、v c (v a >v b >v c )抛出,它们的质量均为M 。
若不计空气阻力,它们的速度在坐标轴上的投影,有以下四种说法,其中哪些是正确的?AD(a)(a)(A)v ax=常量,v bx=常量,v cx=常量;(B)v ax≠常量,v bx=常量,v cx=常量;(C)v ay≠常量,v by=常量,v cy≠常量;(D)v ay≠常量,v by≠常量,v cy≠常量。
18.图示均质方块质量为m,A、B两处装有两个大小忽略不计的圆轮,并可在光滑水平面上滑动,开始时方块处于静止状态,若突然撤去B端的滑轮支撑,在刚撤去滑轮B的瞬(A) 在刚撤滑轮B的支撑时,方块的质心加速度a c⊥AC向下;(B) 只有在刚撤滑轮B的支撑时,方块的质心加速度a c铅直向下;(C) 滑轮B的支撑撤去后,方块质心加速度a c始终铅直向下;(D) 只有在刚撤滑轮B的支撑时,方块质心速度v c铅直向下;(E) 滑轮B的支撑撤去后,方块质心速度v c在x轴上的投影始终为零;(F)滑轮B的支撑撤去后,方块质心的x坐标x c始终保持不变。
19. 图示一均质圆盘以匀角速度ω绕其边缘上的O 轴转动,已知圆盘的质量为m ,半径为R ,则它对O 轴的动量矩G O 大小为A (A) G O =3mR 2ω/2 (B) G O =mR 2ω (C) G O =mR 2ω/2(D) G O =mR 2ω/3 20.图示一均质圆盘的质量为m ,半径为R ,沿倾角为α的斜面滚动而无滑动。