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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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