动量矩定理PPT精品课件.ppt
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1、第十一章第十一章 动量矩定理动量矩定理第一节第一节 动量矩的概念动量矩的概念第二节第二节 转动惯量转动惯量第三节第三节 动量矩定理动量矩定理第四节第四节 刚体定轴转动微分方程刚体定轴转动微分方程第五节第五节 质点系相对于质心的动量矩定理质点系相对于质心的动量矩定理第六节第六节 刚体平面运动微分方程刚体平面运动微分方程 本章重点本章重点1.转动惯量的计算转动惯量的计算2.动量矩守衡动量矩守衡3.刚体定轴转动微分方程刚体定轴转动微分方程4.刚体平面运动微分方程刚体平面运动微分方程1 1第一节第一节 动量矩的概念动量矩的概念一、质点的动量矩一、质点的动量矩动量动量mv 对固定点对固定点O的动量矩的动
2、量矩为为:动量矩动量矩:物体机械运动强度的度量。物体机械运动强度的度量。质量为质量为m的质点,的质点,t时刻速度为时刻速度为v,动量矩的量纲为:动量矩的量纲为:dim L=ML2T1国际单位制中,动量矩的单位为:国际单位制中,动量矩的单位为:2 2kgm2svmrLO三、刚体的动量矩三、刚体的动量矩1 1、刚体平动刚体平动2 2、刚体绕定轴转动刚体绕定轴转动Jz 称为称为刚体对于刚体对于z轴的转动惯量。轴的转动惯量。3 3CCCiiiiiOvmrvmrvmrLziiiiiiiizJrmrrmrvmL2)(质点系动量对固定点质点系动量对固定点O的动量矩的动量矩:iiiiiOOiOvmr)v(mM
3、LL质点系对固定轴质点系对固定轴z的动量矩的动量矩:)vmMLLiizziz(二、质点系的动量矩二、质点系的动量矩3、刚体平面运动、刚体平面运动 平面运动分解为随质心的平动和绕质心的转动,平面图形平面运动分解为随质心的平动和绕质心的转动,平面图形对垂直于运动平面的固定轴的动量矩:对垂直于运动平面的固定轴的动量矩:CCzzJmvML)(C vC一、转动惯量的定义一、转动惯量的定义 刚体对某轴刚体对某轴z的转动惯量的转动惯量Jz等于刚体内各质点等于刚体内各质点的质量与该质点到轴的质量与该质点到轴z的距离平方的乘积之和。的距离平方的乘积之和。2mrJzMzdmrJ2 质量连续分布时质量连续分布时:4
4、 4第二节第二节 转动惯量转动惯量mi z1 1 1 1 1 1 1 二、回转半径二、回转半径 2zzmJmJzz三、三、平行轴定理平行轴定理221212121212122)()(mdJmdymdJmdymdyxmdyxmJzCizCiiiiz)(2121yxmJizC)(22yxmJizClABxdxz1z 均质细长杆长为均质细长杆长为l,质量为,质量为m。试求。试求(1)杆件对于过质心杆件对于过质心C且与杆的轴线相且与杆的轴线相垂直的垂直的z轴的转动惯量轴的转动惯量;(2)杆件对于过杆端杆件对于过杆端A且与且与z轴平行的轴平行的z1轴的转动惯量;轴的转动惯量;(3)杆件对于杆件对于z轴和轴
5、和z1轴的回转半径。轴的回转半径。解:杆的线密度解:杆的线密度 lml/1.1.对对z轴的转动惯量轴的转动惯量取微段取微段dx,其质量为,其质量为 xmldd2222222222121dddlllllllzmlxlmxxxmxJ2.2.对对z1轴的转动惯量轴的转动惯量222213141121)2(mlmlmllmJJzz5 53.3.杆件对于杆件对于z轴和轴和z1轴的回转半径。轴的回转半径。22121zzmmlJ2131mlJz32lmJzz311lmJzz 半径为半径为R,质量为,质量为m的均质薄圆盘,试求的均质薄圆盘,试求圆盘对于过中心圆盘对于过中心O且与圆且与圆盘平面相垂直的盘平面相垂直
6、的z轴的转动惯量。轴的转动惯量。d解解:圆盘圆盘的面密度为的面密度为2RmA取圆盘上一半径为取圆盘上一半径为r,宽度为,宽度为dr的细圆环的细圆环rrRmrrRmAmAd2d2dd22RRzmRrrRmmrJ02320221d2d回转半径回转半径2RmJzz6 6 冲击摆冲击摆摆杆长摆杆长l,质量为,质量为m1,摆盘摆盘质量为质量为m2,半径为,半径为R,试求摆对于转轴的转动惯量。试求摆对于转轴的转动惯量。解:设摆杆和摆盘对轴解:设摆杆和摆盘对轴的转动惯量为的转动惯量为J1、J2 21131lmJ 22222)(21RlmRmJ222221)(2131RlmRmlmJo7 7O 半径为半径为R
7、,质量为,质量为m的均质圆盘,在离圆心的均质圆盘,在离圆心R/3处处挖去一半径挖去一半径为为 r=R/3的圆,的圆,试求其对于通过试求其对于通过A的的轴轴的转动惯量。的转动惯量。解:解:半径为半径为R,质量为,质量为m的均质圆盘的均质圆盘对轴对轴A的转动惯量的转动惯量为为9222mrRmm22212321mRmRmRJA22222222254767)(21mRRmrRmrmJA22221273754723mRmRmRJJJAAA 8 8设挖去的圆盘的质量为设挖去的圆盘的质量为m2对轴对轴A的转动惯量为的转动惯量为、质点动量矩定理、质点动量矩定理质点对固定点质点对固定点O的动量矩的动量矩mvrL
8、O)(dddd)(ddddvrvrvrLmtmtmttO0mvvmvdtdrFvp)(ddddmtt)(ddFMFrLtOO对时间求一阶导数对时间求一阶导数 根据质点的动量定理根据质点的动量定理 得得 9 9第三节第三节 动量矩定理动量矩定理将矢量式向过将矢量式向过O点的固定轴投影:点的固定轴投影:)(dd)(dd)(ddFFFzzyyxxMtLMtLMtL注意:点注意:点O为固定点,为固定点,v为绝对速度。为绝对速度。二、质点系动量矩定理二、质点系动量矩定理 设质点系由设质点系由n个质点组成,取其中第个质点组成,取其中第i个质点来考察,将作用于该个质点来考察,将作用于该质点质点上的力分为内力
9、上的力分为内力Fii和外力和外力Fie:根据质点的动量矩定理根据质点的动量矩定理:)()(ddOeiiiOOtFMFML)()(ddOeiiiOOtFMFMLi=1,2,3,n求和求和:交换求和及求导的次序交换求和及求导的次序:)(ddOeiOtFML1010直角坐标轴投影直角坐标轴投影式式:)(dd)(dd)(ddezzeyyexxMtLMtLMtLFFF注意:注意:1 1、力矩中包含力偶矩;力矩中包含力偶矩;2、内力不影响质点系的动量矩。、内力不影响质点系的动量矩。三、动量矩守恒三、动量矩守恒1 1、质点动量矩守恒质点动量矩守恒r、v组成的平面的方位不变。组成的平面的方位不变。(1 1)F
10、过点过点O,称为有心力,称为有心力,Mo(F)=0Mo(mv)=常矢量常矢量1111(2 2)Mz(F)=0,F F和轴和轴z z共面,共面,Mz(mv)常量常量2 2、质点系的动量矩守恒、质点系的动量矩守恒(2 2)Mz(Fe)=0,Lz常量常量(1 1)Mo(Fe)=0,Lz常矢量常矢量 均质均质鼓轮重鼓轮重W,半径为半径为R,通过绳子悬挂一重,通过绳子悬挂一重W1的物体。的物体。在鼓在鼓轮上作用一力偶轮上作用一力偶M,试求重物上升的加速度。,试求重物上升的加速度。MWW1vavRgWJLzz1RWMMez1)(FWRMaRgWRgW1221解得:解得:gRWWWRMa2)2(1解:系统为
11、研究对象,解:系统为研究对象,动量矩定理动量矩定理1212Ra 离心调速器的水平杆离心调速器的水平杆AB长为长为2a,可绕铅垂轴,可绕铅垂轴z转动,其两端各转动,其两端各用铰链与长为用铰链与长为l的杆的杆AC及及BD相连,杆端各联接重为相连,杆端各联接重为W的小球的小球C和和D。起初两小球用细线相连,使杆起初两小球用细线相连,使杆AC与与BD均为铅垂,系统绕均为铅垂,系统绕z轴的角轴的角速度为速度为 0 0。如某瞬时此细线拉断后,杆。如某瞬时此细线拉断后,杆AC与与BD各与铅垂线成各与铅垂线成q q角。角。不计各杆重量,求此时系统的角速度。不计各杆重量,求此时系统的角速度。1313qq解解:系
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