泰尔梅·迪耶夫斯基 V.A.建议解决图 1-30 所示机械系统的动力学 3 (D3) 任务 1 问题,该问题与动能变化定理相关。对于物体 1,需要利用微分动能变化定理确定角加速度(选项 4、6、7、9、11、18、25、26、28)或线加速度(其他选项)形式。在这种情况下,线程被认为是失重且不可扩展的。作业中接受以下符号:m - 物体质量,R 和 r - 半径,p - 惯性半径(如果未指定,则物体被视为均质圆柱体);有摩擦时,f为滑动摩擦系数,fк为滚动摩擦系数。
为了解决与方案4相关的问题D3的任务1,需要利用微分形式的动能变化定理并确定物体1的角加速度。根据条件,物体1是均质圆柱体质量为 m1,半径为 R。物体与失重且不可延伸的螺纹相关联,该螺纹缠绕在半径为 r、质量为 m2 的圆柱体上。螺纹缠绕在圆筒上,不会滑动,滚动摩擦系数为 fê。
首先,需要记录系统在初始时刻(当物体1位于顶点时)和任意时刻t的动能。由于物体 1 处于静止状态,系统在初始时刻的动能为 0。在任意时刻 t,系统的动能可写为:
T = 1/2t1V1^2 + 1/2t2V2^2 + 1/2我w^2,
其中 V1 和 V2 分别是物体 1 和 2 的线速度,w 是物体 1 的角速度,我 是物体 1 相对于旋转轴(螺纹轴)的转动惯量,由下式确定:公式一=1/2t1R^2。
根据微分形式动能变化定理,系统在任意时刻t的动能与初始时刻的动能之差等于系统在t时刻所受的所有力的功。这段时间:
ΔT = A,
其中 A 是作用在系统上的所有力的功。滑动摩擦力所做的功为f氮s,其中氮是线的张力,s是主体2与圆筒表面的接触点所行进的路径。线的张力等于主体1的重力,因为线是失重且不可伸展的。因此,滑动摩擦力所做的功可以写成以下形式:
Aф = ft1G*(R-r)*sinθ,
其中 g 是重力加速度,θ 是物体 1 在时间 t 转动的角度。
滚动摩擦力所做的功为fкNs,其中 s 是物体 2 与圆柱体表面接触点所经过的路径。在这种情况下,线的张力不等于主体1的重力,因为线缠绕在圆筒上而没有滑动。为了确定拉力,需要使用无滑移条件:
(R-r)w = Vs,
其中Vs是物体2与圆柱体表面接触点的线速度。
线张力可写为:
N = t1克-t2g-fкt2(R-r)/r。
因此,滚动摩擦力所做的功可以写成以下形式:
离开=离开t2g*(R-r)*sinθ。
系统在任意时间 t 的动能与初始时间的动能之差现在可以写成以下形式:
ΔT = 1/2t1V1^2 + 1/2t2V2^2 + 1/2我w^2 - Af - Afk。
由微分形式动能变化定理可知,系统在任意时刻t的动能与初始时刻的动能之差等于系统动能的变化这段时间。系统在一段时间内dt动能的变化可写为:
dT = 1/2t1dV1^2 + 1/2t2dV2^2 + 1/2Idw^2 - Aфdt - Aфкdt。
物体 1 的角加速度可以根据物体 2 的运动方程确定。物体 2 的运动方程可以写成以下形式:
t2a2 = t2g - N - fк*t2。
考虑到a2 = r*d^2θ/dt^2,我们得到物体1的角加速度表达式如下:
w'' = gsinθ/(R-r) - ft2gsinθ/(R-r) - fкt2w/r,
其中 w'' 是物体 1 的角加速度。
因此,要解决方案 4 中的问题 D3 的任务 1,需要使用确定滑动和滚动摩擦力功的公式以及物体 2 的运动方程来确定物体 1 的角加速度对于不同的选择,重要的是要考虑问题条件的差异。
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