理论力学第2章力系的等效与简化习题解.docx
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第 2 章 力系的等效与简化
2-1 试求图示中力 F 对 O 点的矩。
习题 2-1 图
解:( a) M O (F )
M O ( Fx )
M O (Fy )
M O ( Fy )
F sin
l
( b) M O ( F )
F sin
l
( c) M O ( F )
M O (Fx)
M O (Fy )
F cos
Fl 2 sin
(l1
l3 )
( d) M O ( F )
M O (Fx )
M O ( Fy )
M O (Fy )
F sin
l12
l22
2- 2 图示正方体的边长 a =0.5m,其上作用的力
F=100N ,求力 F 对 O 点的矩及对 x 轴的力矩。
解: M O (F ) rA F a(i k)
F ( i j)
2
Fa ( i
j
k)
A
2
rA
35.36(
i
j k ) kN m
M x( F )
35.36 kN m
习题 2-2 图
( a)
2- 3 曲拐手柄如图所示, 已知作用于手柄上的力 F=100N ,AB=100mm ,BC=400mm,CD =200mm,
30 °。试求力 F 对 x、 y、z 轴之矩。
解:
2
M A (F ) rD F (0.3j 0.4k) F (sin i sin cos j cos k)
2 2
100cos (0.3 0.4sin ) i 40sin j 30sin k
力 F 对 x、 y、 z 轴之矩为:
Mx(F)
100cos (0.3 0.4sin )
50 3(0.3 0.2) 43.3 N m
M y (F)
40sin2
10N m
M z ( F)
30sin2
7.5 N m
习题 2-3 图
2—4
正三棱柱的底面为等腰三角形,
已知 OA=OB =a,在平面 ABED 内沿对角线 AE 有一个力 F, 图
中 θ=30°,试求此力对各坐标轴之矩。
— 6 —
解:
MO ( F) rA F ai F ( cos cos45 i cos sin45 j sin k)
aF( sin j cos sin45 k)
力 F 对 x、 y、 z 轴之矩为:
M x ( F) 0
M y (F )
aF sin30
aF
2
M z ( F)
aF cos30 sin45
6 Fa
习题 2-4 图
4
2- 5
如图所示,试求力
F 对 A 点之矩及对 x、 y、z 轴之矩。
解: MA(F)
rAB
F
i
j
k
r AB
- d
d
d
4 F
3 F
0
5
5
= 1 Fd( 3i 4 j 7k)
5
F
M O (F ) dj
(4i
3 j)
习题 2-5 图
(a)
5
4
力 F 对 x、 y、 z 轴之矩为: M x (F )
0 ; M y (F ) 0 ; M z (F )
Fd
5
2— 6
在图示工件上同时钻四个孔,每孔所受的切削力偶矩均为
8N·m,每孔的轴线垂直于相应的平
面。求这四个力偶的合力偶。
解:M M1
M 2
M 3
M 4
M 3
(M1
4
3
M 4 )k
M 4
M 4 )i
M 2 j (M 3
5
5
3 4
14.4i
8 j 12.8k N m
M2
M1
习题 2-6 图 ( a)
2- 7 已知一平面力系对 A(3,0),B(0,4)和 C(– 4.5,2)三点的主矩分别为: MA = 20kN ·m,MB =
0, MC =–10kN ·m。试求该力系合力的大小、方向和作用线。
解: 由已知 MB = 0 知合力 F R 过 B 点; 由 MA = 20kN · m, MC = -10kN · m 知 F R 位于A、 C 间,且
AG
2CD (图 a)
在图( a)中,设
OF = d,则
d
4 c o t
(d
3sin )
AG
2CD
CD
CE s i n
(4.5
d ) s i n
2
即 (d
3) s i n
2(4.5
d ) s i n
2
d
3 9 d , d
3
1)
2)
习题 2-7 图
F 点的坐标为( - 3, 0)
合力方向如图( a),作用线如图过 B、 F 点;
— 7 —
tan
4
3
AG
6sin
4
4.8
6
5
M A
FR
AG FR
4.8
FR
20
25 kN
4.8
6
即
5
10
F R (
, ) k N
2
3
作用线方程: y 4 x 4
3
讨论 :本题由于已知数值的特殊性,实际
y
4
G
C
E
2
D
d
3
x
4.5 F
O
A
R
(a)
G 点与 E 点重合。
2- 8 已知 F 1 = 150N ,F 2 =
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