20.剛體的平面運動(加速度的計算)

2021-03-01 理論力學

平面內任一點的加速度可用加速度合成定理求出:平面內任一點的加速度等於基點的加速度與該點隨圖形繞基點轉動的加速度的矢量和。表達式為:

aB=aA+aBA=aA+atBA+anBA=aA+ε×rBA-ω²rBA

例題1:曲柄OA以恆定的角速度ω=2rad/s繞軸O轉動,並藉助連杆AB驅動半徑為r的輪子在半徑為R的圓弧槽中作無滑動的滾動,設OA=AB=R=2r=1m。求圖示瞬時點B和點C的速度與加速度。


解:設輪子轉動的角速度為ω1,以輪子與大圓弧的接觸點為基點來求速度。

vA=vB=OAω=2m/s (←)  (答案)

vB=rω1=0.5ω1  (←)  ω1=4rad/s

 (↖) (答案)

由於OA杆勻速轉動,A點的切向加速度等於零,B點的切向加速度等於零,B點沿圓弧滾動,只有法向加速度:

anB=ω1²(R-r)=8m/s²(↑)

根據加速度計算公式:aC=aB+atCB+anCB

其中atCB= 0      anCB=ω1²r=8m/s²(←)

所以aC=1.414×8=11.3m/s²(↖)(答案)

至此,完成答題。

例題2:半徑為0.5m的球沿平面無滑動滾動,如圖所示。求B點及A點的加速度。


解:轉動時的角速度與角加速度與基點無關,所以得到:ao=εr=(4rad/s²)(0.5m)=2m/s²(←)


B點的加速度計算公式:aB=aO+ε×rBO-ω²rBO

aB=-2i+(4k)×(0.5i)-(6)²(0.5i

aB={-20i+2j}m/s²   (答案)

A點的加速度計算公式:aA=aO+ε×rAO-ω²rAO

aA=-2i+(4k)×(0.5j)-(6)²(0.5j

aA={-4i-18j}m/s²   (答案)

至此,完成答題。

課後作業:

練習1:在圖示的瞬間,梯子的上端B具有向下的速度和加速度,分別為vB=4ft/s和aB=2ft/s²。求此瞬時梯子的下端A的加速度aA及梯子的角加速度εAB 。


(參考答案:aA=0.385ft/s²(→),εAB =0.0962rad/s²)

練習2:半徑為0.5m的圓盤無滑動向左運動,具有圖示的角速度及角加速度。求B點及C點的加速度。


(參考答案:aB=2.25 m/s²,32.6°↘;aC=10.0 m/s²,2.02°↙)

(更多歷史消息,請點擊左下角的「閱讀原文」字樣)

相關焦點

  • 第八章 剛體的平面運動
    版權所有,歡迎分享,謝絕轉載第六章討論的剛體平移與定軸轉動是最常見的、最簡單的剛體運動
  • 19.剛體的平面運動(速度的計算)
    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。
  • 16.剛體的基本運動
    剛體的基本運動有:平動和定軸轉動。剛體在運動過程中,其上任意一條直線總是與它的初始位置保持平行,這種運動稱為平動。
  • 物理知識:力學-剛體轉動-定軸轉動
    定軸轉動是剛體轉動裡最基本的轉動形式 , 通過定軸 轉動運動學 和 轉動 動力學 的學習拉開剛體轉動學習的序幕。了解剛體定軸轉動的轉動特 點 , 即各組成剛體的質元在自己的轉動平面作圓周運動 。圓周運動是分 析定軸轉動的基礎 , 了解 定軸轉動運動學量 及其相互關係 , 能類比質點 的圓周運動求解剛體定軸轉動的運動學問題 。 重點掌握轉動動力學的 轉 動定理 , 掌握 力矩 、 轉動慣量 的基本定義和物理意義 , 靈活求解剛體定 軸轉動的轉動慣量和動力學問題。
  • 大學物理——力學第七章:剛體力學(2)
    對於具有質量線分布的剛體, 5、剛體定軸轉動的動力學(1)定軸轉動定理剛體的定軸轉動定理實際上是質點系的角動量定理的特殊化,質點系的角動量變化量等於質點系所受外力的衝量矩,變形後可以得,剛體定軸轉動角加速度與轉動慣量的乘積等於剛體所受的繞轉軸的力矩,
  • 縮減法計算剛體的轉動慣量
    慣性描述的是物體對其運動狀態變化的一種阻礙程度。當作用在物體上的外力為零時,物體將保持其運動狀態不變,即維持靜止或勻速直線運動。
  • [飛控]剛體運動學-歐拉角模型
    剛體運動學和剛體動力學,我以前也搞不清楚,但是最近全權老師的實驗課,給了我很棒的解釋。
  • 遊樂設施狂呼乘人加速度計算及束縛裝置選型
    本文以狂呼為例,給出了乘人加速度理論計算方法;並利用Workbench仿真軟體,進行狂呼動力學仿真分析,提取狂呼乘人加速度時間歷程曲線,與理論計算分析比較,仿真結果和理論計算結果非常接近,表明仿真計算結果的可靠性和正確性。通過對乘人加速度的計算,確定設計加速度的分區,指導乘人束縛裝置的選型。
  • 圖形的量化---度量幾何:圖形的運動之剛體運動三種變換
    為了確認平移變換是剛體運動,我們需要證明d(X,Y)=d(Z,E)。,在這個計算過程中我們將會看到矩陣是一種非常方便的運算工具。因為上面的結果顯示運動以後兩點間距離保持不變,因此旋轉變換是剛體運動。下面我們來證明反射變換是一種剛體運動。如圖(3)那樣建立直角坐標系,把縱坐標建立在給定直線上。
  • 剛體與質點的區別與聯繫
    ),然後再利用歐拉角描述剛體的繞定點運動。在剛體的學習中,很多質點的結論可推廣應用到剛體中。從靜力學角度考慮,一維情況下限制一個質點的運動,只需要在該方向上施加約束(或力);在二維平面內,需要2個約束(或力);再到三維空間則需要3個約束(或力)。
  • 大學物理1-1 剛體力學基礎1
    基礎概念剛體剛體是一個理想化模型,指在任何情況下,其形狀和大小都不發生變化的物體。轉動自由度剛體繞轉軸旋轉運動分類平動:所有點運動情況都相同定軸轉動:剛體繞一條兩端固定的直線旋轉平面平行運動:剛體中任意一點始終在平行於某一固定平面的平面內運動
  • 剛體力學對慣性提出新定義
    什麼是剛體?從初中到高中,各種力學的定律無不是建立在質點的基礎上,比如萬有引力,我們就是把兩顆恆星看作質點來計算。但是僅討論質點的情況是不全面的,在許多實際問題中,研究的對象往往是由許多質點組成的系統,剛體就是其中一種特殊的質點系。
  • 力作用在剛體上的效應
    圖片來源:https://dwz.cn/McpaUU3p諸如這些挪建構物的例子,很多人都理解為推箱子或者推桌子,這不正是力作用在剛體上的力效應的體現嗎?例如上海音樂廳平移就像是推箱子。他們都是怎麼做到的呢?什麼是做作用在剛體上的力的效應,大家可以想像一下,假如有一個圓盤,力作用在這個圓盤上,那麼會使圓盤產生一個什麼樣的運動狀態的改變?
  • 理論力學剛體的定點轉動
    剛體上各點都在以某一定點為球心的球面上運動。 在運動過程中有一點永遠保持不動。我們可取這個固定點為上述兩個坐標系的公共原點,坐標軸之間的夾角則可以任一改變。可以證明,在這種情況下,剛體從一個初位置運動到任意一個新位置時,恆可通過三個獨立的角坐標來表示。
  • 剛體與碰撞體
    剛體的概念剛體組件可使幾何對象在物理系統的控制下運動,剛體可接受外 力與扭矩力用來保證幾何對象如同在真實世界中那樣進行運動。