- •Теоретическая механика
- •653500 «Строительство»
- •Введение
- •Программа дисциплины «теоретическая механика»
- •Требования
- •Цели и задачи дисциплины
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Общие положения
- •Рекомендуется следующий порядок решения контрольных работ
- •Программа раздела «динамика»
- •1. Динамика точки
- •1.1. Введение в динамику точки
- •1.2. Основные понятия и определения
- •1.3. Основные законы механики
- •1.4. Дифференциальные уравнения движения несвободной материальной точки в декартовой системе отсчета
- •1.5. Дифференциальные уравнения движения несвободной материальной точки в естественных координатных осях
- •1.6. Задачи динамики точки
- •1.7. Алгоритм решения первых задач динамики точки в декартовой системе отсчета
- •1.8. Пример решения первой задачи динамики точки в декартовой системе отсчета
- •1.9. Алгоритм решения первых задач динамики точки в естественных координатных осях
- •1.10. Пример решения первой задачи динамики точки в естественных координатных осях
- •1.11. Алгоритм решения вторых задач динамики точки в декартовой системе отсчета
- •Варианты 6 – 10 (рис. 1.10)
- •Варианты 11 – 15 (рис. 1.11)
- •В Рис. 1.12 арианты 16 – 20 (рис. 1.12)
- •Варианты 21 – 25 (рис. 1.13)
- •Варианты 26 – 30 (рис. 1.14)
- •1.13. Пример выполнения курсового задания д 1
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •2. Колебательное движение точки и тела
- •2.1. Виды колебательных движений материальной точки
- •2.2. Свободные колебания материальной точки
- •2.3. Дифференциальное уравнение движения точки под действием постоянной системы сил, восстанавливающей силы и силы сопротивления движению
- •2.4. Затухающие колебания материальной точки
- •2.5. Апериодическое движение точки
- •2.6. Вынужденные колебания материальной точки под действием постоянной системы сил, восстанавливающей силы и возмущающей силы
- •2.7. Влияние сопротивлений движению на вынужденные колебания материальной точки
- •2.8. Алгоритм решения задач на колебания материальной точки
- •2.9. Пример решения задачи на свободные колебания груза по гладкой наклонной поверхности
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •3.2. Частные случаи относительного движения материальной точки
- •3.3. Принцип относительности классической механики. Инерциальные системы отсчета
- •3.4. Алгоритм решения задач на динамику относительного движения материальной точки
- •3.5. Варианты курсового задания д 2 «Исследование относительного движения материальной точки»
- •3.6. Пример выполнения курсового задания д 2
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •4. Геометрия масс механической системы
- •4.1. Центр масс механической системы
- •4.2. Алгоритм определения кинематических характеристик центра масс механической системы
- •4.3. Моменты инерции твердого тела. Радиус инерции
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5. Общие теоремы динамики
- •5.1. Теорема о движении центра масс механической системы
- •Следствия из теоремы о движении центра масс
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5.2. Теоремы об изменении количества движения материальной точки и количества движения механической системы
- •5.2.1. Теорема об изменении количества движения
- •5.2.2. Теорема об изменении количества движения
- •Следствия из теоремы
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5.3. Теоремы об изменении момента количества
- •5.3.1. Моменты количества движения
- •5.3.2. Теорема об изменении момента количества
- •Следствия из теоремы
- •5.3.3. Кинетический момент механической
- •5.3.4. Теорема об изменении кинетического
- •Следствия из теоремы
- •5.3.5. Варианты курсового задания д 3
- •5.3.6. Пример выполнения курсового задания д 3
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5.4. Динамика движений твердого тела
- •5.4.1. Динамика поступательного движения твердого тела
- •5.4.2. Динамика вращательного движения твердого тела
- •5.4.3. Динамика плоскопараллельного движения
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5.5. Теорема об изменении кинетической энергии
- •5.5.1. Работа силы на перемещении точки ее приложения
- •5.5.2. Кинетическая энергия механической системы
- •5.5.3. Варианты курсового задания д 4
- •5.5.4. Пример выполнения курсового задания д 4
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •5.6. Принцип Даламбера для материальной точки и механической системы
- •5.6.1. Принцип Даламбера для несвободной
- •5.6.2. Принцип Даламбера для несвободной
- •5.6.3. Приведение сил инерции точек твердого
- •5.6.4. Варианты курсового задания д 5
- •5.6.5. Пример выполнения курсового задания д 5
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •6. Основные начала аналитической механики
- •6.1. Обобщенные координаты и возможные перемещения тел и точек механической системы
- •6.2. Связи и их классификация. Идеальные связи
- •6.3. Принцип возможных перемещений
- •6.3.1. Варианты курсового задания д 6
- •6.3.2. Пример выполнения курсового задания д 6
- •6.3.4. Пример выполнения курсового задания д 7
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •6.4. Общее уравнение динамики
- •6.4.1. Общее уравнение динамики механической системы
- •6.4.2. Варианты курсового задания д 8
- •6.4.3. Пример выполнения курсового задания д 8
- •Вопросы и задания для самоконтроля
- •6.5. Уравнения Лагранжа второго рода
- •Вопросы и задания экзаменационных билетов
- •Пример ответа на экзаменационный билет
- •Решение
- •Решение
- •Уравнения динамического равновесия:
- •Билет № 2
- •Билет № 3
- •Билет № 4
- •Билет № 5
- •Билет № 6
- •Билет № 7
- •Билет № 8
- •Билет № 9
- •Билет № 10
- •Билет № 11
- •Билет № 12
- •Билет № 13
- •Билет № 14
- •Билет № 15
- •Билет № 16
- •Билет № 17
- •Билет № 18
- •Билет № 19
- •Билет № 20
- •Оглавление
- •Для заметок Для заметок Для заметок
- •644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
- •644080, Омск, пр. Мира, 5
Следствия из теоремы
1. Если геометрическая сумма моментов, приложенных к системе активных сил и реакций внешних связей относительно некоторого неподвижного центра, остается все время равной нулю, то кинетический момент механической системы относительно этого центра остается постоянным.
Если ΣM0( ) + ΣM0( ) = 0, то dL0/dt = 0 и, следовательно, L0 = const.
2. Если алгебраическая сумма моментов, приложенных к механической системе активных сил и реакций внешних связей относительно некоторой оси, остается все время равной нулю, то кинетический момент механической системы относительно этой же оси остается постоянным.
Действительно, например, если ΣMоx( ) + ΣMоx( ) = 0, то dLоx/dt = 0 и, отсюда следует, что Lоx = const.
Следствия из теоремы об изменении кинетического момента механической системы выражают закон сохранения кинетического момента механической системы.
5.3.5. Варианты курсового задания д 3
«Применение теоремы об изменении
кинетического момента к определению угловой
скорости твердого тела»
Тело Н (тело 1) массой m1 вращается вокруг вертикальной оси O1Z1 с постоянной угловой скоростью ω0; при этом в точке О желоба АВ тела 1 на расстоянии АО от точки А, отсчитываемом вдоль желоба, находится материальная точка К массой m2. В некоторый момент времени (t0 = 0) на систему начинает действовать пара сил с моментом Mz = Mz(t). При t = τ действие пары сил прекращается.
Определить угловую скорость ωτ тела 1 в момент t = τ.
Тело 1 вращается по инерции с угловой скоростью ωτ.
В некоторый момент времени t1 = 0 (t1 – новое начало отсчета времени) точка К (самоходный механизм) начинает относительное движение из точки О вдоль желоба АВ (в направлении от А к В) по закону ОК = s = s(t1).
Определить угловую скорость ωτ тела 1 при t1 = T.
Тело 1 рассматривать как однородную пластинку. Расчетные схемы механизмов и необходимые для решения данные приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Номер варианта |
Расчетная схема механизма |
Исходные данные |
1 |
2 |
3 |
1 |
|
m1 = 32 кг; m2 = 10 кг; ω0 = – 1 рад/с; b = 1, м; с = 1, 5 м; R = 1, 2 м; АО = πR/6 м; Mz = – 29,6t2 Н·м; τ = 3 с; ОК = (5πR/12)t1 м; Т = 1 с |
2 |
|
m1 = 200 кг; m2 = 60 кг; ω0 = – 2 рад/с; R = 2 м; α = 120о; АО = 0,866 м; Mz = 101 Н·м; τ = 5 с; ОК = 1,732(t1)2 м; Т = 1 с |
3 |
|
m1 = 120 кг; m2 = 40 кг; ω0 = 0 рад/с; b = 2 м; АО = 0 м; Mz = 120t Н·м; τ = 4 с; ОК=(1,414/4)(t1)2 м; Т = 2 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
4 |
|
m1 = 16 кг; m2 = 5 кг; ω0 = – 3 рад/с; R = 1 м; α = 30о; АО = 0,4 м; Mz = 21t Н·м; τ = 2 с; ОК=0,6t1 м; Т = 2 с |
5 |
|
m1 = 66 кг; m2 = 10 кг; ω0 = 1,5 рад/с; b = 2 м; c = 1,5 м; АО = 0 м; Mz = 15t0,5 Н·м; τ = 4 с; ОК=0,5t1 м; Т = 2,5 с |
6 |
|
m1 = 160 кг; m2 = 80 кг; ω0 = – 1,25 рад/с; b = 1,5 м; R = 2,5 м; α = 30о; АО = πb/6 м; Mz = – 700t Н·м; τ = 3 с; ОК=(5πb/18)(t1)2 м; Т = 1 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
7 |
|
m1 = 300 кг; m2 = 50 кг; ω0 = – 2 рад/с; b = 1,6 м; c = 1 м; R = 0,8 м; АО = 0 м; Mz = 968 Н·м; τ = 1 с; ОК=(πR/2)(t1)2 м; Т = 1 с |
8 |
|
m1 = 80 кг; m2 = 20 кг; ω0 = 0 рад/с; b = 1,2 м; R = 2 м; АО = πb/2 м; Mz = 240t0,5 Н·м; τ = 4 с; ОК=(πb/4)t1 м; Т = 2 с |
9 |
|
m1 = 20 кг; m2 = 5 кг; ω0 = 5 рад/с; b = 1,2 м; R = 0,4 м; α = 45о; АО = πR/4 м; Mz = – 29,2t Н·м; τ = 3 с; ОК=(3πR/4)(t1)2 м; Т = 1 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
10 |
|
m1 = 100 кг; m2 = 40 кг; ω0 = 2 рад/с; b = 2 м; с = 1,414 м; АО =0,707 м; Mz = – 90t0,5 Н·м; τ = 4 с; ОК=(0,707/2)(t1)2 м; Т = 1 с |
11 |
|
m1 = 60 кг; m2 = 20 кг; ω0 = – 1 рад/с; b = 2 м; R = 2 м; АО = 0 м; Mz = 40t Н·м; τ = 2 с; ОК= 0,4(t1)2 м; Т = 2 с |
12 |
|
m1 = 40 кг; m2 = 10 кг; ω0 = – 3 рад/с; b = 1 м; R = 2 м; АО =0 м; Mz = 50t2 Н·м; τ = 3 с; ОК=(πb/3)(t1)2 м; Т = 2 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
13 |
|
m1 = 24 кг; m2 = 4 кг; ω0 = 4 рад/с; b = 1 м; АО =0,5 м; Mz = – 27t0,5 Н·м; τ = 1 с; ОК= 0,3t1 м; Т = 2 с |
14 |
|
m1 = 40 кг; m2 = 10 кг; ω0 = 2 рад/с; R = 1 м; АО = 0 м; Mz = 120t Н·м; τ = 1 с; ОК= 0,5t1 м; Т = 3 с |
15 |
|
m1 = 120 кг; m2 = 50 кг; ω0 = – 4 рад/с; b = 1 м; R = 2 м; АО = 0 м; Mz = 330t2 Н·м; τ = 2 с; ОК= (πb/2)(t1)2 м; Т = 1 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
16 |
|
m1 = 60 кг; m2 = 10 кг; ω0 = – 5 рад/с; b = 1 м; c = 1,2 м; α = 30о; АО =0,4 м; Mz = 74 Н·м; τ = 2 с; ОК= 0,3(t1)2 м; Т = 2 с |
17 |
|
m1 = 50 кг; m2 = 10 кг; ω0 = – 2 рад/с; R = 1,6 м; α = 30о; АО =0,6 м; Mz = 69t Н·м; τ = 4 с; ОК= 0,6t1 м; Т = 2 с |
18 |
|
m1 = 120 кг; m2 = 50 кг; ω0 = 3 рад/с; b = 2 м; c = 3 м; R = 0,8 м; АО = πR/2 м; Mz = 324 Н·м; τ = 3 с; ОК= (πR/8)(t1)2 м; Т = 2 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
19 |
|
m1 = 90 кг; m2 = 30 кг; ω0 = 1 рад/с; b = 1,5 м; АО = 0 м; Mz = – 135t Н·м; τ = 2 с; ОК= (πb/4)(t1)2 м; Т = 1 с |
20 |
|
m1 = 50 кг; m2 = 12 кг; ω0 = 3 рад/с; b = 1 м; R = 1,2 м; АО = πb/6 м; Mz = –14t2 Н·м; τ = 3 с; ОК= (πb/12)(t1)2 м; Т = 2 с |
21 |
|
m1 = 40 кг; m2 = 10 кг; ω0 = – 6 рад/с; R = 1 м; АО = 0,707 м; Mz = 75t0,5 Н·м; τ = 1 с; ОК= (1,41/16)(t1)2 м; Т = 2 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
22 |
|
m1 = 150 кг; m2 = 50 кг; ω0 = – 1 рад/с; b = 1,6 м; с = 1,2 м; R = 0,6 м; АО = πR/2 м; Mz = 163 Н·м; τ = 4 с; ОК= (πR/2)(t1)2 м; Т = 1 с |
23 |
|
m1 = 90 кг; m2 = 20 кг; ω0 = 2 рад/с; b = 1,414 м; с = 1 м; АО = 0,866 м; Mz = – 210 Н·м; τ = 2 с; ОК= 0,866t1 м; Т = 1 с |
24 |
|
m1 = 50 кг; m2 = 12 кг; ω0 = – 3 рад/с; b = 0,6 м; α = 60о; АО = 0,2 м; Mz = 27t2 Н·м; τ = 2 с; ОК= 0,4t1 м; Т = 2 с |
Продолжение табл..5.1
1 |
2 |
3 |
25 |
|
m1 = 36 кг; m2 = 8 кг; ω0 = – 5 рад/с; R = 0,5 м; АО = 0 м; Mz = 20t Н·м; τ = 2 с; ОК= (πR/6)(t1)2 м; Т = 2 с |
26 |
|
m1 = 150 кг; m2 = 40 кг; ω0 = – 4 рад/с; b = 1,5 м; R = 2 м; АО = πb/6 м; Mz = 1170t0,5 Н·м; τ = 1 с; ОК= (πb/2)(t1)2 м; Т = 1 с |
27 |
|
m1 = 120 кг; m2 = 30 кг; ω0 = 0 рад/с; b = 1 м; α = 600; АО = 0 м; Mz = – 25t Н·м; τ = 2 с; ОК= (t1)2 м; Т = 1 с |
Окончание табл. 5.1
1 |
2 |
3 |
28 |
|
m1 = 15 кг; m2 = 4 кг; ω0 = – 2 рад/с; b = 0,6 м; АО = 0,1 м; Mz = 5,6t Н·м; τ = 3 с; ОК= 0,4t1 м; Т = 1 с |
29 |
|
m1 = 20 кг; m2 = 5 кг; ω0 = 5 рад/с; b = 0,6 м; R = 0,6 м; АО = 0 м; Mz = – 6,3t0,5 Н·м; τ = 4 с; ОК= (5πR/6)t1 м; Т = 1 с |
30 |
|
m1 = 150 кг; m2 = 50 кг; ω0 = 0 рад/с; b = 1,6 м; с = 1,2 м; АО = 1,6 м; Mz = 652t Н·м; τ = 2 с; ОК= 0,2(t1)2 м; Т = 2 с |
ПРИМЕЧАНИЕ. Знак минус перед Mz и ω соответствует направлению вращения часовой стрелки, если смотреть со стороны положительного направления оси OZ.
