哈工大理论力学期末考试2002秋及答案

1哈工大2002年秋季学期理论力学试题一、选择题（每题3分。请将答案的序号填入划线内。）1、若作用在A点的两个大小不等的力1F和2F，沿同一直线但方向相反。则其合力可以表示为。①12FF；②21FF；③12FF。2、空间力偶矩是。①代数量；②滑动矢量；③定位矢量；④自由矢量。3、一重W的物体置于倾角为α的斜面上，若摩擦因数为f，且tgαf，则物体。若增加物重量，则物体；若减轻物体重量，则物体。①静止不动；②向下滑动；③运动与否取决于平衡条件。4、在点的合成运动问题中，当牵连运动为定轴转动时。①一定会有科氏加速度；②不一定会有科氏加速度；③一定没有科氏加速度。5、直角刚杆AO=2m，BO=3m，已知某瞬时A点的速度Av=6m/s；而B点的加速度与BO成α=60°角。则该瞬时刚杆的角度速度ω=rad/s，角加速度α=rad/s2。①3；②3；③53；④93。二、填空题（每题5分。请将答案填入划线内。）1、已知A（1，0，1），B（0，1，2）（长度单位为米），F=3kN。则力F对x轴的矩为，对y轴的矩为，对z轴的矩为。2、均质杆AB长为L，质量为m，绕z轴转动的角速度和角加速度分别为ω，α，如图所示。则此杆上各点惯性力向A点简化的结果：主矢的大小是；主矩的大小2是。3、为了用虚位移原理求解系统B处约束力，需将B支座解除，代以适当的约束力，A，D点虚位移之比值为：:BDδrδr=，P=50N，则B处约束力的大小为（需画出方向）。三、计算题（本题10分）图示平面结构，自重不计，B处为铰链联接。已知：P=100kN，M=200kN·m，L1=2m，L2=3m。试求支座A的约束力。四、计算题（本题10分）在图示振系中，已知：物重Q，两并联弹簧的刚性系数为k1与k2。如果重物悬挂的位置使两弹簧的伸长相等，试求：（1）重物振动的周期；（2）此并联弹簧的刚性系数。五、计算题（本题15分）半径R=0.4m的轮1沿水平轨道作纯滚动，轮缘上A点铰接套筒3，带动直角杆2作上下运动。已知：在图示位置时，轮心速度Cv=0.8m/s，加速度为零，L=0.6m。试求该瞬时：（1）杆2的速度2v和加速度2a；（2）铰接点A相对于杆2的速度rv和加速度ra。3六、计算题（本题15分）在图示系统中，已知：匀质圆盘A和B的半径各为R和r，质量各为M和m。试求：以φ和θ为广义坐标，用拉氏方程建立系统的运动微分方程。七、计算题（本题20分）在图示机构中，已知：纯滚动的匀质轮与物A的质量均为m，轮半径为r，斜面倾角为β，物A与斜面的动摩擦因数为'f，不计杆OA的质量。试求：（1）O点的加速度；（2）杆OA的内力。哈工大2002年秋季学期理论力学试答案一、③；④；①，①，①；②；①，④。二、1、1kNm，2kNm，1kNm。2、242mlαω，213mlα。3、4：3，37.5N。三、解，以整体为研究对象，受力如图所示。4由()0CMF11222(2)20AxAyPLFLLFLM……(1)再以EADB为研究对象受力如图所示,由12()00BAxAyMFFLFLM……（2）联立（1）（2）两式得600kN85.71kN7AxF400kN19.05kN21AyF四、解：（1）选取重物平衡位置为基本原点，并为零势能零点，其运动规律为sin(xAωtθ)在瞬时t物块的动能和势能分别为22221cos()22nnQTmvωAωtθg22122121()()21()2ststststVkkxδδQxδδkkx当物块处于平衡位置时22max12nQTωAg当物块处于偏离振动中心位置极端位置时，221max)(21AkkV由机械能守恒定律，有,maxmaxVT2221211()22nQωAkkAg12()nkkωgQ重物振动周期为51222()nπQTπωkkg（2）两个弹簧并联，则弹性系数为21kkk。五、解：轮作纯滚动，轮上与地面接触点P为瞬心，则2rad/s,=0CvωαR以套管A为动点，杆为动参考系，由点的速度合成定理reavvv大小2ωLR？？方向√√√由速度平行的四边形得sin1.2m/srAvvθcos0.8m/seAvvθ所以有1.2m/srv，20.8m/sv再进行加速度分析以C点为基点，由基点法得加速度tnACACACaaaa①再与速度分析一样选取点，动系，由点的加速度合成定理reAaaa……②将①②两式联立得tnCACACeraaaaa……③大小002ωR？？方向√√√√√由加速度平行四边形得2cos0.831.3856m/srAaaα2sin0.8m/seaaaα所以有21.3856m/sra，220.8m/sa六、解，以圆盘A和B的转角φ和θ为广义坐标，以A位置为势能位置，系统动能、势能分别为622222222111222111()424ABBBTJmvJθMRmRrθmrθ()VmgRrθ（略去常数项）由于是保守系统，拉格朗日函数为22222111()()424LTVMRmRrθmrθmgRrθ利用第二类拉格朗日方程d()0dLLt，2()02MmRmRrθmgRd()0dLLtθθ，2302mrθmRrmgr七、解，以物块A为研究对象，受力如图所示。由质点的运动微分方程，有yFma，sinsAAFmgβFma……①0xF，cos0NAFmgβ……②及补充方程''cossANAFfFfmgβ……③设物块A沿斜面下滑s，速度为Av，则系统的动能为2222222211111115()22222224AAOOAAAvTmvmvJωmvmvmrmvr系统的理想约束不作功，功率为2sinAsAAPmgvβFv利用功率方程ddTPt522sin4AAAsAAmvamgvβFv联立以上各式，得4sin2'cos5OAβfβaag3'cossin5fβFmg