Тема: «Основной закон динамики и принцип Даламбера».
Цель: Определение параметров движения тела с помощью основного закона динамики и методом кинетостатики.
Время выполнения: 180 минут.
Для выполнения работы необходимо знать:
Основной закон динамики: «Ускорение, приобретенное телом под действием некоторой силы, пропорционально величине этой силы и направлено в ту же сторону».
,
где – равнодействующая сила, равная сумме квадратов проекций равнодействующей на две перпендикулярных оси;
– масса тела;
– ускорение, приобретенное телом под действием нескольких сил (аксиома о независимости действия сил).
Принцип Даламбера:
Активные силы, реакции связей (опор) и сила инерции образуют уравновешенную систему сил, т.е. если к силам, действующим на тело, движущееся с ускорением, добавить силу инерции, то их можно представить в равновесии
где – геометрическая сумма внешних сил;
– геометрическая сумма реакций связей(опор);
– сила инерции, которая определяется:
Пример решения задач.
Пример1.
Тело массой кг перемещается по наклонной поверхности с ускорением с помощью силы . Определить силу тяги , если коэффициент трения .
Дано: кг, ,
Определить:
Решение:
1. С применением основного закона динамики.
где
так как (тело движется по оси х);
;
;
;
;
Ответ:
2. С применением принципа Даламбера (рис.6.1 б).
Так как тело движется вдоль оси Х, то
следовательно
|
|
Ответ: F = 636,3 H
Пример 2.
Дано:V=7,5м¤с, m=200кг, l=4м
Определить реакцию нити.
Решение:
1. С применением основного закона динамики.
2. С применением принципа Даламбера.
Ответ:
Практическая работа № 7
Тема: «Общие теоремы динамики».
Цель: Определение параметров движения тела с помощью общих теорем динамики.
Время выполнения: 90 минут.
Для выполнения работы необходимо знать:
- Работа постоянной силы F на прямолинейном участке пути S определяется по формуле (направление силы совпадает с направлением перемещения);
- Мощность – это работа, совершённая в единицу времени
,
откуда часто применяемая для расчёта формула определения мощности
- КПД – это отношение полезной мощности ко всей затраченной
При решении некоторых задач учитываются силы трения скольжения, при определении которых следует знать, что
,
где − сила нормального давления; − коэффициент трения (приведенный коэффициент сопротивления движению).
Основными элементами динамики при решении 3-й задачи являются: теорема об изменении количества движения, теорема об изменении кинетической энергии при поступательном движении тела и теорема об изменении кинетической энергии при вращательном движении твёрдого тела.
|
|
Если точка массой , находясь под действием постоянной силы в течении времени , двигается прямолинейно, то теорема об изменении количества движения выражается формулой
,
где – величина изменения проекции количества движения на ось, совпадающую с направлением движения;
– проекция импульса силы на ту же ось.
Если, рассматривая действие силы на материальную точку массой , учитывать непродолжительность её действия, а протяжённость, то есть то расстояние, на котором действует сила, то получим теорему об изменении кинетической энергии точки
где – работа всех сил, приложенных к точке;
− кинетическая энергия точки в начале и конце действия сил.
Изменение кинетической энергии при вращательном движении тела также равно работе, но при вращении. Здесь работа производится не силой, а моментом силы при повороте твёрдого тела на некоторый угол ϕ , т.е. и тогда закон изменения кинетической энергии твёрдого тела при вращении
где – момент инерции твёрдого тела относительно оси Z;
– угловые скорости соответственно в начале и конце вращения.
При решении задач рекомендуется такая последовательность:
|
|
1. Выделить точку, движение которой рассматривается в данной задаче.
2. Выяснить, какие активные силы действуют на точку, и изобразить их на рисунке.
3. Освободить точку от связей, заменив их реакциями.
4. Выбрать расположение осей координат и, применив необходимый закон или теорему, решить задачу.
Пример решения задачи.
Для остановки поезда, движущегося по прямолинейному участку пути со скоростью м/с, производится торможение. Через сколько секунд остановится поезд, если при торможении развивается постоянная сила сопротивления, равная 0,02 силы тяжести поезда? Какой путь поезд пройдёт до остановки?
Решение:
Поезд совершает поступательное движение. Рассматривая его как материальную точку , движущуюся в направлении оси , укажем действующие силы: – сила тяжести поезда, – нормальная реакция рельсов, – сила сопротивления, направленная противоположно вектору скорости. Силы и уравновешиваются согласно аксиоме действия и противодействия.
По теореме об изменении количества движения материальной точки в проекции на ось
Так как , , , , получим
Откуда
Для определения пройденного пути поездом до его остановки воспользуемся теоремой об изменении кинетической энергии:
|
|
Работа сил торможения отрицательна , поэтому
и путь, пройденный поездом:
м
Ответ: м.
Приложения
Индивидуальные задания для выполнения практической работы №1приведены в таблицах 1 и 2. Работа состоит из двух задач.
Задача 1
Определить неизвестную силу согласно исходным данным (табл.1).
Таблица 1 – Исходные данные к задаче 1.
Вариант | Схема | P1,H | P2,H | P3,H | F∑ | α1,град | α2,град | α3,град |
1 |
| 10 | 10 | 10 |
? | 15 | 15 | 15 |
2 | 10 | 15 | 20 | 45 | 80 | 60 | ||
3 | 20 | 15 | 10 | 45 | 45 | 90 | ||
4 | 34 | 80 | 20 | 60 | 120 | 270 | ||
5 | 16 | 32 | 48 | 20 | 60 | 30 | ||
6 | 8 | 12 | 24 | 30 | 90 | 45 | ||
7 | 15 | 30 | 15 | 25 | 120 | 120 | ||
8 | 25 | 20 | 10 | 70 | 270 | 180 | ||
9 | 40 | 60 | 60 | 90 | 35 | 210 | ||
10 | 20 | 20 | 40 | 180 | 40 | 150 | ||
11 |
| 100 | 50 |
? | 250 | 45 | 30 | 20 |
12 | 180 | 60 | 240 | 60 | 45 | 40 | ||
13 | 120 | 40 | 100 | 90 | 60 | 60 | ||
14 | 240 | 80 | 160 | 120 | 15 | 80 | ||
15 | 200 | 100 | 300 | 150 | 90 | 100 | ||
16 | 360 | 90 | 270 | 180 | 100 | 120 | ||
17 | 400 | 200 | 300 | 210 | 120 | 140 | ||
18 | 250 | 150 | 200 | 240 | 140 | 160 | ||
19 | 300 | 200 | 400 | 270 | 160 | 180 | ||
20 | 320 | 160 | 400 | 300 | 180 | 200 | ||
21 |
| 24 |
? | 12 | 6 | 15 | 15 | 15 |
22 | 32 | 24 | 12 | 30 | 30 | 30 | ||
23 | 16 | 16 | 8 | 45 | 45 | 45 | ||
24 | 9 | 18 | 27 | 60 | 60 | 60 | ||
25 | 18 | 27 | 36 | 90 | 60 | 45 | ||
26 | 12 | 11 | 33 | 25 | 90 | 120 | ||
27 | 28 | 14 | 14 | 120 | 75 | 180 | ||
28 | 250 | 50 | 100 | 30 | 45 | 180 | ||
29 | 300 | 100 | 400 | 60 | 30 | 270 | ||
30 | 100 | 200 | 340 | 45 | 90 | 360 | ||
31 | 120 | 180 | 200 | 70 | 120 | 320 | ||
32 | 180 | 90 | 270 | 90 | 180 | 210 |
Задача 2
К шарниру В прикреплен трос, перекинутый через блок, несущий груз Р. Определить усилия в стержнях АВ, ВС. Данные приведены втаблице.1.2.
Таблица 2 – Исходные данные к задаче 2.
Вариант | Схема | P,кH | α,град | b,град | Y,град |
1 |
| 10 | 90 | 40 | 105 |
2 | 90 | 75 | 30 | 30 | |
3 | 40 | 120 | 15 | 135 | |
4 | 20 | 150 | 15 | 40 | |
5 | 60 | 45 | 90 | 50 | |
6 | 35 | 60 | 105 | 60 | |
7 | 55 | 120 | 30 | 75 | |
8 | 50 | 45 | 125 | 90 | |
9 | 75 | 30 | 60 | 60 | |
10 | 30 | 45 | 75 | 45 | |
11 |
| 300 | 30 | 30 | 45 |
12 | 400 | 45 | 60 | 90 | |
13 | 200 | 60 | 45 | 120 | |
14 | 500 | 90 | 15 | 150 | |
15 | 600 | 15 | 40 | 30 | |
16 | 250 | 30 | 60 | 60 | |
17 | 350 | 60 | 75 | 90 | |
18 | 240 | 45 | 90 | 120 | |
19 | 320 | 90 | 30 | 45 | |
20 | 440 | 30 | 45 | 60 | |
21 |
| 15 | 20 | 30 | - |
22 | 35 | 30 | 120 | - | |
23 | 40 | 45 | 90 | - | |
24 | 60 | 60 | 45 | - | |
25 | 80 | 75 | 150 | - | |
26 | 180 | 90 | 180 | - | |
27 | 240 | 25 | 60 | - | |
28 | 150 | 40 | 90 | - | |
29 | 190 | 60 | 45 | - | |
30 | 200 | 90 | 120 | - | |
31 | 25 | 120 | 90 | - | |
32 | 35 | 30 | 60 | - |
Индивидуальные задания для выполнения практической работы №2 приведены в таблицах 3 и 4. Работа состоит из двух задач.
Задача 3. Определить реакции опор балки.
Таблица 3 – Исходные данные для задачи 3.
Вариант | Схема | P1, кH | P2,кH | M,кH·м | α, град | a, м | b, м | c, м |
1 | 2 | 16 | 10 | 30 | 3 | 2 | 2 | |
2 | 4 | 2 | 15 | 60 | 3 | 3 | 1 | |
3 | 6 | 14 | 20 | 45 | 2 | 3 | 2 | |
4 | 8 | 6 | 25 | 30 | 4 | 3 | 2 | |
5 | 10 | 12 | 30 | 60 | 4 | 4 | 4 | |
6 | 12 | 8 | 35 | 45 | 3 | 3 | 3 | |
7 | 14 | 10 | 40 | 30 | 2 | 2 | 2 | |
8 | 16 | 12 | 45 | 90 | 3 | 4 | 3 | |
9 | 2 | 7 | 5 | 60 | 3 | 2 | 2 | |
10 | 4 | 10 | 8 | 30 | 3 | 3 | 1 | |
11 | 6 | 14 | 12 | 45 | 2 | 3 | 2 | |
12 | 8 | 4 | 15 | 30 | 4 | 3 | 2 | |
13 | 10 | 8 | 18 | 60 | 4 | 4 | 4 | |
14 | 12 | 7 | 20 | 45 | 3 | 3 | 3 | |
15 | 14 | 12 | 24 | 60 | 2 | 2 | 2 | |
16 | 16 | 6 | 30 | 90 | 3 | 4 | 3 | |
17 | 2 | 7 | 5 | 60 | 3 | 2 | 2 | |
18 | 4 | 10 | 10 | 30 | 3 | 3 | 1 | |
19 | 6 | 14 | 15 | 45 | 2 | 3 | 2 | |
20 | 8 | 4 | 20 | 30 | 4 | 3 | 2 | |
21 | 10 | 8 | 25 | 60 | 4 | 4 | 4 | |
22 | 12 | 7 | 30 | 45 | 3 | 3 | 3 | |
23 | 14 | 12 | 35 | 60 | 2 | 2 | 2 | |
24 | 16 | 6 | 40 | 90 | 3 | 4 | 3 | |
25 | 2 | 7 | 5 | 60 | 3 | 2 | 2 | |
26 | 4 | 10 | 10 | 30 | 3 | 3 | 1 | |
27 | 6 | 14 | 15 | 45 | 2 | 3 | 2 | |
28 | 8 | 4 | 20 | 30 | 4 | 3 | 2 | |
29 | 10 | 8 | 25 | 60 | 4 | 4 | 4 | |
30 | 12 | 7 | 30 | 45 | 3 | 3 | 3 | |
31 | 14 | 12 | 35 | 60 | 2 | 2 | 2 | |
32 | 16 | 6 | 40 | 90 | 3 | 4 | 3 |
Задача 4. Определить реакцию и реактивный момент консольной балки.
Таблица 4 – Исходные данные для задачи 4.
Вариант | Схема | q, н/м | P1, Н | P2, Н | M, Н∙м | α, град | а, м | b, м |
1 |
| 1 | 4 | 12 |
- | 30 | 2 | 4 |
2 | 2 | 6 | 8 | 45 | 4 | 4 | ||
3 | 3 | 8 | 6 | 60 | 3 | 6 | ||
4 | 4 | 2 | 10 | 30 | 2 | 6 | ||
5 | 1 | 10 | 2 | 60 | 4 | 6 | ||
6 | 2 | 12 | 12 | 45 | 3 | 5 | ||
7 | 3 | 14 | 8 | 90 | 2 | 5 | ||
8 | 4 | 16 | 6 | 0 | 4 | 5 | ||
9 | 3 | 2 |
- | 15 | 30 | 2 | 4 | |
10 | 4 | 8 | 20 | 45 | 4 | 4 | ||
11 | 5 | 10 | 25 | 60 | 3 | 6 | ||
12 | 6 | 12 | 30 | 30 | 2 | 6 | ||
13 | 7 | 18 | 36 | 45 | 4 | 6 | ||
14 | 8 | 20 | 40 | 60 | 3 | 5 | ||
15 | 9 | 24 | 16 | 30 | 2 | 5 | ||
16 | 10 | 30 | 22 | 0 | 4 | 5 | ||
17 |
| 1 | 2 | 12 |
- | 30 | 2 | 4 |
18 | 2 | 8 | 8 | 45 | 4 | 4 | ||
19 | 3 | 10 | 6 | 60 | 3 | 6 | ||
20 | 4 | 12 | 10 | 30 | 2 | 6 | ||
21 | 5 | 18 | 2 | 45 | 4 | 6 | ||
22 | 6 | 20 | 12 | 60 | 3 | 5 | ||
23 | 7 | 24 | 8 | 90 | 2 | 5 | ||
24 | 8 | 30 | 6 | 0 | 4 | 5 | ||
25 |
| 1 | 2 | 12 |
- | 30 | 2 | 4 |
26 | 2 | 8 | 8 | 45 | 4 | 4 | ||
27 | 3 | 10 | 6 | 60 | 3 | 6 | ||
28 | 4 | 12 | 10 | 30 | 2 | 6 | ||
29 | 5 | 18 | 2 | 45 | 4 | 6 | ||
30 | 6 | 20 | 12 | 60 | 3 | 5 | ||
31 | 7 | 24 | 8 | 90 | 2 | 5 | ||
32 | 8 | 30 | 6 | 0 | 4 | 5 |
Индивидуальные задания для выполнения практической работы №3 приведены на схемах 1, 2 и в таблице 5. Работа состоит из одной задачи.
Задача 5.
Для заданных плоских симметричных сечений, составленных из профилей стандартного проката определить положение центра тяжести сечения.
Данные своего варианта взять из таблицы данных к задаче.
Схема 1
Схема 2
Таблица 5 – Данные к задаче 5
№ двутавра | 30 | 20 | 18 | 22 | 27 | № швеллера | Полоса, h×b, мм | Расчетная схема (рис.3.1) |
№ варианта и данные к задаче | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 12 | 140´10 | а |
06 | 07 | 08 | 09 | 10 | 14 | 150´12 | б | |
11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 20 | 160´12 | а | |
16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 22 | 160´10 | б | |
21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 24 | 150´10 | а | |
26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 30 | 300´16 | б | |
31 | 32 | 16 | 420´20 | а |
Обратите внимание, что, все геометрические параметры швеллера даны в ГОСТ при вертикальном положении его стенки. При повороте швеллера на угол 900, все его геометрические параметры заданные относительно оси Х меняются на параметры заданные относительно оси У.
Индивидуальные задания для выполнения практической работы №4 приведены на рисунке в таблице 6. Работа состоит из одной задачи.
Задача 6.
Автомобиль движется по круглому арочному мосту радиуса r согласно уравнению S=Аt3+Вt2+Сt+D (S–[м], t–[с]).
Построить графики перемещения, скорости и касательного ускорения для первых пяти секунд движения. На основании анализа построенных графиков указать: участки ускоренного и замедленного движения. Определить полное ускорение автомобиля в момент времени две секунды.
Данные своего варианта взять из табл. 6
Таблица 6. –Данные к задаче 6
А | 0,2 | 0,5 | 0,3 | 0,1 | 0,4 | В | D | |
C | 3 | -1 | 2 | -4 | 5 | |||
r | м | 30 | 20 | 60 | 40 | 10 | ||
№ варианта и задачи | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | |||
06 | 07 | 08 | 09 | 10 | 2 | 12 | ||
11 | 12 | 13 | 14 | 15 | - 8 | 14 | ||
16 | 17 | 23 | 24 | 20 | -6 | 16 | ||
21 | 22 | 18 | 19 | 25 | 2 | -5 | ||
26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 3 | -1 | ||
31 | 32 | -1 | 8 | |||||
Индивидуальные задания для выполнения практической работы №5 приведены в таблице 7. Работа состоит из двух задач.
Таблица 7. Данные к задаче 7, 8
Вариант | Задача |
1 | 1, 9 |
2 | 2, 10 |
3 | 3, 11 |
4 | 4, 12 |
5 | 5, 13 |
6 | 6, 14 |
7 | 7, 15 |
8 | 8, 16 |
9 | 9, 17 |
10 | 10, 1 |
11 | 11, 2 |
12 | 12, 3 |
13 | 13 ,4 |
14 | 14, 5 |
15 | 15, 6 |
16 | 16, 7 |
17 | 17,8 |
Задачи 7, 8
1.Шкив диаметром мм в течение 10 с вращался с постоянной угловой скоростью рад/с. Затем стал вращаться равноускоренно и через 12 с равноускоренного вращения его угловая скорость достигла рад/с. Определить: 1) число оборотов и среднюю угловую скорость за всё время вращения; 2) окружную скорость точек, расположенных на ободе шкива, через 6 с после начала равноускоренного движения.
2. Вал диаметром мм в течение 5с вращался с постоянной угловой скоростью рад/с, после чего стал замедлять своё вращение с постоянным угловым ускорением. Через 10 с после начала равнозамедленного вращения угловая скорость вала стала рад/с. Определить: 1) число оборотов и среднюю угловую скорость вала завсё время вращения; 2) окружную скорость точек, расположенных на поверхности вала, через 4 с после начала равнозамедленного вращения.
3. Тело, замедляя вращение с постоянным угловым ускорением рад/с2 через 14 c снизило свою угловую скорость до величины рад/с, после чего вращалось равномерно с этой угловой скоростью в течение 10 с. Определить: 1) число оборотов и среднюю угловую скорость за всё время вращения; 2) окружную скорость точек тела, расположенных на расстоянии м от его оси вращения за 4с до начала равномерного вращения.
4. Ротор диаметром мм начал вращение из состояния покоя с постоянным угловым ускорением рад/с2 и через некоторое время достиг угловой скорости рад/с, после чего с этой угловой скоростью сделал 510 оборотов. Определить: 1) число оборотов и среднюю угловую скорость за всё время вращения; 2) окружную скорость точек, расположенных на поверхности ротора, через 8 с после начала вращения.
5. Двигатель, ротор которого вращался с частотой 430 об/мин, был отключён от источника питания и через 40 с снова подключён к источнику тока. За время при равнозамедленном вращении ротора его угловая скорость снизилась до 5 рад/с. После подачи электроэнергии ротор двигателя, вращаясь равноускоренно, через 10 с снова приобрёл частоту вращения 430 об/мин. Определить: 1) число оборотов и среднюю угловую скорость за всё время равнозамедленного и равноускоренного вращения ротора двигателя; 2) окружную скорость точек, расположенных на поверхности ротора, через 30 с после отключения источника тока, если диаметр ротора мм.
6. Рукоять для вращения барабана длиной м, оказавшись свободной начинает вращаться под действием груза с постоянным угловым ускорением рад/с2 и через определённое время приобретает частоту вращения об/мин. За это время груз проходит расстояние м. Определить время вращения барабана, его диаметр и нормальное ускорение конца рукоятки.
7. Дисковая пила имеет диаметр м. на вал пилы насажен шкив 2 диаметром м, приводимый в движение бесконечным ремнём от электродвигателя со шкивом 1, частота вращения которого об/мин, линейная скорость зубьев пилы м/с. Определить нормальное ускорение на зубьях пилы и диаметр шкива 1.
8. Дисковая пила имеет диаметр м. на вал пилы насажен шкив 2 диаметром м, приводимый в движение бесконечным ремнём от электродвигателя со шкивом 1, частота вращения которого об/мин, линейная скорость зубьев пилы м/с. Определить нормальное ускорение на зубьях пилы и диаметр шкива 1.
9. Грузы А и В связаны нерастяжимым тросом, намотанным на ступенчатый барабан. Груз А поднимается с постоянным ускорение м/с2. Определить угловые скорость и ускорение барабана в момент, когда груз В имеет скорость м/с. Определить так же путь, пройденный грузом В из состояния покоя до достижения этой скорости, если м, м.
10. Рукоять для вращения барабана диаметром м, оказавшись свободной начинает вращаться с постоянным угловым ускорением под действием груза, который проходит расстояние м за время c. Нормальное ускорение конца рукоятки м/с2. Определить длину рукоятки , и её угловое ускорение и частоту вращения .
11. Рукоять для вращения барабана длиной м, а диаметр барабана м. Барабан под действием груза начинает вращаться с постоянным угловым ускорением рад/с2 и через время с приобретает частоту вращения . Определить частоту вращения барабана и нормальное ускорение конца рукоятки, а также путь, пройденный грузом за это время.
12. Дисковая пила имеет диаметр мм. На вал пилы насажен шкив 2 диаметром мм, приводимый в движение бесконечным ремнём от электродвигателя со шкивом 1, диаметром мм. Шкив 1 делает об/мин. Определить линейную скорость зубьев пилы и их нормальное ускорение. Скольжением ремня пренебречь.
13. Колесо автомобиля вращается на стенде равноускоренно в течение времени с. Окружная скорость при этом составила км/ч. Определить касательное ускорение во время разгона и нормальное ускорение в конце разгона балансировочного грузика А, укреплённого на диске, если мм, мм.
14. Маховик диаметром м, начав равноускоренное вращение из состояния покоя, за время сек. Приобрёл частоту вращения об/мин. Определить окружную скорость, касательное и нормальное ускорение точек на ободе маховика в конце разгона.
15. На обод колеса диаметром м намотана нить, на которой подвешен груз. В некоторый момент груз начинает падать с постоянным ускорением м/с2. Угловая скорость колеса при этом достигает рад/с. Определить путь , пройденный грузом, и время , в течении которого перемещался груз, его конечную скорость и нормальное ускорение точки на ободе колеса.
16. Дисковая пила имеет диаметр м. На вал пилы насажен шкив 2 диаметром м, приводимый в движение ремнём от электродвигателя со шкивом 1, частота вращения которого об/мин, линейная скорость зубьев пилы м/с. Определить нормальное ускорение на зубьях пилы и диаметр шкива 1.
17. Рукоять для вращения барабана длиной м, оказавшись свободной, начинает вращаться с постоянным угловым ускорением рад/с2 и через определённое время приобретает частоту вращения об/мин. За это же время груз проходит расстояние м. Определить время вращения барабана, его диаметр и нормальное ускорение конца рукоятки.
Дата добавления: 2019-08-30; просмотров: 1459; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!