剛體在運動中,其上的任意一點與某一固定平面始終保持相等的距離,稱這種運動為平面運動。
概念:平面運動可分解為平移和轉動,平移的速度和加速度與基點的選擇有關;而平面圖形繞基點轉動的角速度和角加速度與基點的選擇無關。
平面運動用矢量公式可表示為:vB=vA+vBA=vA+ω×rBA
分析平面圖形中各點的速度的方法有基點法和瞬心法;分析平面圖形中各點的加速度時也可用基點法。
例題1:橢圓規的A、B塊在滑槽內滑動。已知AB杆長0.2m,A塊以v=2m/s的速度向下運動。求當θ=45°時,B點的速度vB及AB杆的角速度ω。
解:(基點法)
因為A、B塊是沿固定的滑槽運動,A塊向下運動,則B塊必向右運動。以A為基點,B點繞A點做逆時針轉動,如圖所示。則矢量ω的方向指向紙面朝外。而矢量ω×rBA的方向為垂直於AB杆的方向,並指向右斜上方。
根據公式有:
vB=vA+ω×rBA
各速度矢量可表示為:
vB=vB i
vA=-2j
ω×rBA=ωk×(0.2sin45°i-0.2cos45°j)=0.2ωsin45°j+0.2ωcos45°i
vB i=-2j+0.2ωsin45°j+0.2ωcos45°i
i和j前面的係數相等,則
vB =0.2ωcos45° 0=-2+0.2ωsin45°
解得,ω=14.4rad/s 逆時針方向
vB =2m/s 向右 (答案)
此題用幾何關係求解時,要畫出vBA=ω×rBA的方向,如圖所示。根據關係式vB=vA+vBA,畫出幾何關係如圖所示,同樣可以求出ω和vB 。
至此,完成答題。
例題2:半徑為0.5m的圓柱體沿傳送帶滾動,滾動時的勻角速度ω=15rad/s,傳送帶運動速度為2m/s,如圖所示。求A點的速度。
解:(瞬心法及基點法)
標量法:vA=vB+vAB
vAB=ωrAB =15×0.2/cos45°=10.6 m/s
水平投影:(vA)x=2+10.6cos45°=9.50 m/s
垂直投影:(vA)y=0+10.6sin45°=7.50 m/s
(答案)
(答案)
矢量法:vA=vB+ω×rAB
vB=2i
vA=vAxi+vAyj
ω×rAB=(-15k)×(-0.5i+0.5j)=7.5j+7.5i
得:vAxi+vAyj=2i+7.5j+7.5i=9.5i+7.5j
vAx=9.5m/s vAy=7.5m/s θ=38.3° (答案)
至此,完成答題。
課後作業:
練習1:如圖所示的滑塊C以4m/s的速度沿槽向下運動,求圖示瞬間連杆BC的角速度ω。
(參考答案:ω=2.00rad/s)
練習2:如圖所示,在篩動機構中,篩子的擺動是由曲柄杆機構所帶動。已知曲柄OA 的轉速n = 40 r /min ,OA = 0.3 m。當篩子 BC運動到與點 O在同一水平線上時,∠BAO = 90°。求此瞬時篩子 BC 的速度。
(參考答案:2.51 m/s)
(更多歷史消息,請點擊左下角的「閱讀原文」字樣)