工程力学-材料力学-动量矩定理

1、第 12 章 动 量 矩 定 理本章重点：质点系动量矩的概念及计算，转动惯量的概念，质点系相对于固定点的动量矩定理，刚体绕定轴转动微分方程及其应用。 1质点和质点系的动量矩(角动量)质点Q对点O的动量矩的定义12-1 质点和刚体的动量矩 单位：kgm2/s质点对z轴的动量矩 是质点的动量在Oxy平面的投影(mv)xy对O点的矩。是代数量，从 z 轴正向看，逆时针为正，顺时针为负。质点的动量对坐标轴的矩 对点的动量矩 对轴的动量矩 即 质点系的动量矩(1) 刚体平移的动量矩可将全部质量集中于质心，作为一个质点来计算。2. 刚体的动量矩(2)刚体绕定轴转动的动量矩 转动惯量 单位：kgm2 转动惯

2、量是刚体转动时惯性的度量。质量是刚体移动时惯性的度量。2. 刚体的动量矩教材P213表121列出了简单均质物体的转动惯量1) 回转半径（惯性半径）的概念 或3. 刚体对轴的转动惯量 转动惯量2) 平行轴定理 式中：zC轴为过质心且与z轴平行的轴，d 为z轴与zC轴之间的距离。即：刚体对于任一轴的转动惯量，等于刚体对通过质心并与该轴平行的轴的转动惯量，加上刚体的质量与两轴间距离平方的乘积。3. 刚体对轴的转动惯量 杆OA由铰链O与地面连接，它对轴O的转动惯量为JO；一高为h、质量为m1的均质矩形板沿轴x以速度v平移，并推动杆OA绕轴O转动；一质量为m2的质点E以相对速度vr在板上运动。试求系统运

3、动到图示位置时对轴O（轴z）的动量矩。例12-1解：1 、 LZ(OA)2、 LZ(板)用点的合成运动求例12-1 续3、 LZ(E)结果：例12-1 续 钟摆简化如图所示。已知均质细杆和均质圆盘的质量都为m，圆盘半径R，杆长3R，求摆对通过悬挂点O并垂直于图面的z轴的转动惯量。 例12-2解： 查表得： 根据平行轴定理 1质点的动量矩定理设O为定点，有：其中： (O为定点) 12-2 动量矩定理投影式：因此 称为质点的动量矩定理：质点对某定点的动量矩对时间的一阶导数，等于作用力对同一点的矩。质点的动量矩定理得 由于 对第i个质点有：对n个质点有：2. 质点系的动量矩定理投影式：注意：内力不能

4、改变质点系的动量矩。称为质点系的动量矩定理：质点系对某定点O的动量矩对时间的一阶导数，等于作用于质点系的外力对于同一点之矩的矢量和。2. 质点系的动量矩定理已知：m1，r，k ，m2 ，R，解：选系统为研究对象,受力分析如图例12-3求：弹簧被拉长s时，重物m2的加速度a2 。设塔轮该瞬时的角速度为，则解得：若 ，则 常矢量；若 ，则 常量。3动量矩守恒定律主动力：约束力：即：或或与 相似12-3 刚体绕定轴转动的微分方程已知： ，求 。解： 由上式可见，只有当定滑轮匀速转动（包括静止）或虽非匀速转动，但可忽略J 时， F1 、F2才相等。例12-5已知： ，求：1.；2. Mf解： 因为系统

5、外力对z轴的矩为零，故系统对z轴动量矩守恒。例12-61. 选系统为研究对象2. 选轮2为研究对象积分1对质心的动量矩由于得其中如图，以质心C为原点，取平移坐标系Cxyz。质点系相对质心C为的动量矩为：12-4 质点系相对于质心的动量矩定理 质点系相对质心的动量矩，无论是以相对速度计算还是以绝对速度计算，其结果都相同。质点系对任一点O的动量矩：质点系相对于任意定点的动量矩结 论 质点系对任一点O的动量矩等于集中于系统质心的动量 对O点的动量矩，与质点系相对于质心动量矩的矢量和。质点系相对于任意定点的动量矩由于即2 相对质心的动量矩定理质点系相对于质心的动量矩定理：质点系相对于质心的动量矩对时间

6、的一阶导数，等于作用于质点系的外力对质心的主矩。该定理在形式上与质点系相对于固定点的动量矩定理完全一样。提 示质点系相对于质心的动量矩定理或 刚体的平面运动选质心为基点，可分为随质心的平移和相对质心的转动，则刚体平面运动微分方程是质心运动定理和相对于质心的动量矩定理。12-5 刚体的平面运动微分方程以上各组均称为刚体平面运动微分方程。应用时一般用投影式：刚体的平面运动微分方程例12-8已知：l，m，=60。求：1. AB；2. FA解：绳子刚被剪断，杆AB作平面运动，受力如图，根据平面运动微分方程 补充运动学方程 在y轴方向投影 例12-9已知：如图r，m， m1。求：1. aA；2. FAB ；3. FS2解：