理论力学C离线作业.docx
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1、20172018第一学期离线作业科目:理论力学C姓名:向斌学号:17923000专业:车辆工程西南交通大学远程与继续教育学院直属学习中心主观题第一次作业30.试求图中各力在坐标轴上的投影。已知:尸1=产2=昂=1。建L 尸3=尸5=15魅,F6=20kN,各力方向如图所示。应用教材中公式(2-3)得“Fix=F1=10kN, Fiy=0,产工=0, F2y = F2=10 kNFix=Fi cos30Q=15 x 0.866 kN =12.99 kNP尸3尸尸3 sin300=15 x 0.5 kN =7.50 kN。尸4x=居 sin30=10 x 0.5 kN =5 kN,产4、=-Ktc
2、os300=-10 x 0.866 kN =-8.66 kN,F%= F cos600=15 x 0.5 kN =7.50 kN“产“=-尸5 sin60Q=-15 x 0.866 kN=-12.99 kNaF6x=- F6 sin300=-20x 0.5kN=-10 kN。解: F6y=- F6 cos30q=-20 x 0.866 kN =-173 kN”如图a所示,重量为尸=5姒的球悬挂在绳上,且和光滑的墙壁接触,绳5墙的夹角为30。试求绳和墙对球的约束力。,(a) iT_!解:(1)选研究对象。因已知的重力户和待求的约束力都作用在球上,故/球为研究对象。(2)画受力图。图中凡是墙对球的
3、约束力,收为绳对球的约束力(图(3)选坐标系。选定水平方向和铅垂方向为坐标轴的方向,则户与合,民与x轴成60。角(4)根据平衡条件列平衡方程。可先求出各力在x、j轴上的投影,如表中所示,于是,密=0,尸n豉60。-尸r =0,密=0,尸Nsin600-尸=0(2)由式(2)得Fii sin600=0.866-=577点重尸=1虬的球放在与水平成30。角的光滑斜面上,并用与斜面平行的自且8系住(图2-15a)。试求绳MB受到的拉力及球对斜面的压力。,(a)b)(c)解:(1)选重球为研究对象。,(2)画受力图。作用于重球上的力有重力A、斜面的约束力艮及绳对球I 拉力屎。这是一个平衡的平面汇交力系
4、(图b)。,(3)选坐标系。p如图b所示。(4)列平衡方程,江0,/ncos 30-尸ccos 60+0=0(密=0,网sin30+&sin600-P =0(联立解之,得。尸c =0866 kN,外=0.50 kN/根据作用与反作用定律知,绳子所受的拉力为0.50蟆;球对斜面的压力.0.866kN,其指向与图巾力艮的指向相反。讨论如选取坐标系如图c所示,则由,EFr =0,0- P cos 600=(k,得由一S=o,0+ Fu -尸 sin 60*= Op得一Fc=-V p =0.866 kN由此可知,若选取恰当的坐标系,则所得平衡方程较易求解(一个平衡方5中只出现一个未知数)。33.图中,
5、如作用于扳手上的力尸=200N, Z=0.40m, a =60。,试计算力-5。点之矩解:根据教材中式(3-1)有pMo(f)=-F i/=-F Z sina =-200X0.40X sin 60 N - m=-69.3 N - r 此处力声使扳手绕。点作顺时针方向转动,力矩为负值。应注意,力臂OD (自矩心。至力作用线的垂直距离)而不是。4。34.试用合力矩定理计算图中力户对0点之矩。解:取坐标系如图所示,贝卜F= F cos |7*|= F sina 由合力矩定理“MbO)=M?(E)+M?(&)=|EJ -0-|/;|-04,=-Fsina 0.4=(-200 X sin 60 X 0.
6、40)N - m=-69.3 N - md35.图a所示梁受矩为 M=300N m的力偶作用.试求支座d、B的约3力O 2解:(1)取梁为研究对象。2(2)画受力图。作用在梁上的力有已知力偶和支座4、5处的约诔因梁上的荷载为力偶,而力偶只能与力偶平衡,所以E与瘙必组成一大即五=一片。片的方位由约束性质确定,泾与取的指向假定如图3-12示。题3-10图2(3)列平衡方程,Af=0, M-Fa1= Q由此得。M 300Fa = N =100 N, Fb = Fa =100所求得的E,为正值,表示国与片的原假设指向正确。+36.用三轴钻床在水平工件上钻孔时(图a),每个钻头对工件施加一个力偶已知三个
7、力偶的矩大小分别为lMl =1.0N-m, I跖l=L4N-m, I M3 I =2.0N - mo转向如图。如定位螺栓.4、3之间的距离/=0.20 m,试两定位螺栓所受的力。,_R=解:(1)取工件为研究对象。,(2)画受力图如图b工件在水平面内受有三个主动力偶和两个定位的水平约束力,在它们的共同作用下处于平衡。根据力偶的性质,约束力员必然组成同平面内的一个力偶,以与上述三个力偶的合力偶相平衡。,(3)列平衡方程,EM=0,咒/-国|-|必|-|必|=0。得,|A/j |+ LvJ+Lv3 I (1.0+1.4+2.0)N m/=-020=22N 因E为正值,说明该力及用在图b中所假设的指
8、向是正确的。而定栓所受的力则应与该两力指向相反,大小相等。37 .压路的碾子。重P =20 kN,半径=400 mm。试求碾子越过高度 d =80 mm的石块时,所需最小的水平拉力片仙。设石块不动。解:凡由=15 kN38 .梁48如图所示,作用在跨度中点。的力夕=20 kNo试求图示两种情况下支座4和6的约束力。梁重及摩擦均可不计。FB=7.07kN(t);,=10kN( 4*月广千3 j考一(c) Fa =此(Icosar二此( “ 8 IcosaXa)F4=15.8kN(上W),外22.4解:39 .已知46梁上作用一矩为的力偶,梁长为/,梁重及摩擦均不计。试求在图示四种情况下支座46的
9、约束力。(d) Fa =y ( t ), Fb =(I解.I /40 .机构OABOy,在图示位置平衡。已知OA =400 mm, QB =600 mm,作用在刃上的力偶的力偶矩之大小I/I =1 N m。试求力偶矩必的大小和杆46所受的力。各杆的重量及各处摩擦均不计。解:“2=3 N m,%=5 N (拉)第二次作业34.图a示一起重机,.4、B、C处均为光滑较链,水平梁的重量尸=4蚣荷载尸=10由,有关尺寸如图所示,3c杆自重不计。试求杆3c所受的拉二心=16.5 kN,=4.5 kN-即较链X给杆.45的约束力为已=同工成=17.1 kN,它与x轴的夹角心0= arctan=15.3 o
10、 巳X计算所得乙、4.、q皆为正值,表明假定的指向与实际的指向相同。(1)根据题意,选为研究对象。,(2)画受力图。作用于杆上的力有重力?,荷裁户,杆3C的拉力艮不较链.4的约束力E。BC杆(二力杆)的拉力尾沿BC方向;乃方向未知,故将其分解为两个分力乙和指向暂时假定(图b)。,(3)根据平面任意力系的平衡条件列平衡方程,求未知量。宓=0,%-为30。=0(1苞=0,4+为如30。一尸一尸=0(2ZAL(今=0,-4 sm300-P-2-F-3=0(3由式(3)解得2P+3-一(2x4-3xlO)kXm_i9Mn 4 sin 3004x0.5m以尸N之值代入式(1)、(2),可得,35.图a所
11、示梁WB,其4端为固定较链支座,5端为活动较链支座。梁的胫度为/=4a,梁的左半部分作用有集度为q的均布荷载,在。截面处有矩浮 M的力偶作用。梁的自重及各处摩擦均不计。试求.4和8处的支座约束力。(1)(b)解:(1)选梁X3为研究对象。(2)画受力图。梁上的主动力有集度为q的均布荷载和矩为M的力偶梁所受的约束力有固定较链支座A处的约束力七和4以及活动校链支座,处的约束力小,三个未知力的指向均假设如图b所示。(3)取坐标系如图。(4)列平衡方程。工此(乃=0, F-Aa-M.-Cq 2a)a =0(1(方=0,-4a 4-(-2a)3a-A/e =0(2近=0,心=0(3解得。1M3 M心=,
12、Fg =qa+-, F.=-qa 一24a 24a36.一汽车起重机,车身重尸1,转盘重尸2,起重机吊臂重尸3,如图所示。试求当吊臂在汽车纵向对称面内时,不至于使汽车翻倒的最大起重量吕晔。解:(1)取汽车起重机为研究对象。,(2)画受力图。当吊臂在汽车纵向对称面内时,声、心和餐.构成一个二面平行力系。汽车的受力图如图4-15所示。(3)列平衡方程,为了求得最大起重量,应研究汽车将绕后轮B顺时针倾倒而又尚未倾彳时的情形。此时以=0。由pyAfs(F)=O,6x2-舄 X2.5乙 x5.5= o2于是得。这是汽车起重机的最大起重量(极限值)。为了保证安全,实际上允许f 最大起重量应小于这个极限值,
13、使之有一定的安全储备。37.试判别图示桁架中哪些杆其内力等于零,即所谓“零杆:你能否总结:判别零杆的规律?,38.自重尸=1.0跳的物块置于水平支承面上,受倾斜力尸1=0.5飒作用,并分别如图a、b中所示。物块与水平支承面之间的静摩擦因数/,=0.40,动摩擦因数介=0.30,问在图巾两种情况下物块是否滑动?并求出摩擦力。,解:,假设物块处于平衡状态,求保持平衡所需的摩擦力。(1)对图5a所示的物块,画出受力图(图5居皿=0.3 kN,因此物块不可平衡,而是向右滑动。此时的摩擦力,产吗YEr03x0.75 kN=0.225 kN对图b所示的物块,画出受力图(图d),作用于物块上的主动力有2,约
14、束力有摩擦力广和法向约束力屎。列平衡方程“SFX =0, gcos3(T-尸=0(1) pF=Ficos300=Q.5 kN cos30=0.433 kN。24=0,乐一耳sin30-尸=0(Jn=P + Fisin3O0=(l-O+O.5sin3O) kN=1.25 kN。最大静摩擦力为。尸mgyO.4xL25 kN=0.5 kN由于保持平衡所需的摩擦力尸=0.433 kN 居皿=0.5 kN,因此物块保持:衡,没有滑动。值得注意的是,此时的摩擦力F=0.433 kN是由平衡方程彳定的,而不是Eg=0.5kN。只有在临界平衡状态,摩擦力才等于最大静摩*力 f max39.图a所示一重为P=2
15、0kN的均质圆柱,置于倾角为a=30的斜面上,已知圆柱半径r =0.5m,圆柱与斜面之间的滚动摩阻系数g5mm,静摩擦因数金0.65。试求欲使圆柱沿斜面向上滚动所需施加最小的力尽(平行于斜面的大小以及圆柱与斜面之间的摩擦力;阻止圆柱向下滚动所需的力片的大小以及圆柱与斜面之间的摩擦力。()(b)(c)解:(1)取圆柱为研究对象,画受力图(图b)。图柱即将向上滚动,即顺E 针滚动,则滚动摩擦力偶M为逆时针。此时有一M =6网(列平衡方程+ZE产0F、Psina F=0(tFy 0Fn Pcosa =0(EM(F)=0 M-Frr + Pr$ma = Q(将式(1)、(2)、(3)代入(4)有一(5
16、Pcosa r(F+P$ina)Srsino0*繁F =/2cosa=20x_cos3(rkN =0.173kN,*r0.5m最大静摩擦力产=巫=065x20cos30ckN=11.3 kN因此圆柱与斜面之间的实际摩擦力户=0.173 kN,图柱滚动而未发生滑动。由式(2)得.Fr=Psina+F=(20sin30=+0.173) kN=10.2 kN 使圆柱沿斜面向上滚动所需施加的力Ft 10.2 kN。(2)取圆柱为研究对象,画受力图(图c)圆柱即将向下滚动,即逆针滚动,则滚动摩擦力偶M为顺时针.此时有.M -SFn(列平衡方程,z&=0 Ft Psina F=OZ吊二0Fs Pcosa
17、=0ZAZJ(/?)=0一”一写尸+ Prsina=0将式(1)、(2)、(3)代入式(4)有3Pcosa r(F+产 sina)+Prsina=(kF=-P-cosa =-20x-12_HCOs30s kN =-0.173kNr0.5m负号说明摩擦力户的实际指向沿斜面向上,大小为0.173 kN。,由式得“Fr=Psina+F=(20sin300.173)kN=9.83 kN 2阻止圆柱沿斜面向下滚动所需施加的力产r 9.83 kN。40.图示物块d置于斜面上,斜面倾角氏30,物块自重尸=350N,在物块_t 加一水平力B100N,物块与斜面间的静摩擦因数&=0.35,动摩擦因数公=0.25
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