Задачи на тему Ускорения точек твердого тела в плоском движении. Мгновенный центр ускорений

Предмет Теоретическая механика
Из пособия Решебник Мещерский

18.1 Колесо катится по наклонной плоскости, образующей угол 30° с горизонтом (см. рисунок к задаче 16.2). Центр O колеса движется по закону xO=10t2 см, где x ось, направленная параллельно наклонной плоскости. К центру O колеса подвешен стержень OA=36 см, качающийся вокруг горизонтальной оси O, перпендикулярной плоскости рисунка, по закону φ=(π/3)sin(πt/6) рад. Найти ускорение конца A стержня OA в момент времени t=1 c.
РЕШЕНИЕ

18.2 При движении диска радиуса r=20 см в вертикальной плоскости xy его центр C движется согласно уравнениям xC=10t м, yC=(100-4,9t2) м. При этом диск вращается вокруг горизонтальной оси C, перпендикулярной плоскости диска, с постоянной угловой скоростью ω=π/2 рад/с (см. рисунок к задаче 16.3). Определить в момент времени t=0 ускорение точки A, лежащей на ободе диска. Положение точки A на диске определяется углом φ=ωt, отсчитываемым от вертикали против хода часовой стрелки.
РЕШЕНИЕ

18.3 Сохранив условие предыдущей задачи, определить ускорение точки A в момент времени t=1 c.
РЕШЕНИЕ

18.4 Два одинаковых диска радиуса r каждый соединены цилиндрическим шарниром A. Диск I вращается вокруг неподвижной горизонтальной оси O по закону φ=φ(t). Диск II вращается вокруг горизонтальной оси A согласно уравнению ψ=ψ(t). Оси O и A перпендикулярны плоскости рисунка. Углы φ и ψ отсчитываются от вертикали против хода часовой стрелки (см. рисунок к задаче 16.5). Найти ускорение центра C диска II.
РЕШЕНИЕ

18.5 Сохранив условие предыдущей задачи, найти ускорение точки B диска II, если ACB=π/2.
РЕШЕНИЕ

18.6 Линейка эллипсографа скользит концом B по оси Ox, концом A по оси Oy, AB=20 см. (См. рисунок к задаче 15.1.) Определить скорость и ускорение точки A в момент, когда угол φ наклона линейки к оси Ox равен 30°, а проекции скорости и ускорения точки B на ось x равны vBx=-20 см/с, wBx=-10 см/с2.
РЕШЕНИЕ

18.7 Муфты A и B, скользящие вдоль прямолинейных образующих, соединены стержнем AB длины l. Муфта A движется с постоянной скоростью vA (см. рисунок к задаче 15.6). Определить ускорение муфты B и угловое ускорение стержня AB в положении, при котором стержень AB образует с прямой OB заданный угол φ.
РЕШЕНИЕ

18.8 Найти ускорение ползуна B и мгновенный центр ускорений K шатуна AB кривошипно-ползунного механизма, изображенного на рисунке к задаче 16.41, при двух горизонтальных и одном вертикальном положениях кривошипа OA, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω0=15 рад/с вокруг вала O. Длина кривошипа OA=40 см, длина шатуна AB=200 см.
РЕШЕНИЕ

18.9 Длина шатуна AB кривошипно-ползунного механизма в два раза больше длины кривошипа OA. Определить положение точки шатуна AB, ускорение которой направлено вдоль шатуна, в момент, когда кривошип перпендикулярен направляющей ползуна, кривошип OA вращается равномерно.
РЕШЕНИЕ

18.10 Поршень D гидравлического пресса приводится в движение посредством шарнирно-рычажного механизма OABD. В положении, указанном на рисунке 16.24, рычаг OL имеет угловую скорость ω=2 рад/с и угловое ускорение ε=4 рад/с2, OA=15 см. Определить ускорение поршня D и угловое ускорение звена AB.
РЕШЕНИЕ

18.11 Кривошип OA длины 20 см вращается равномерно с угловой скоростью ω0=10 рад/с и приводит в движение шатун AB длины 100 см; ползун B движется по вертикали. Найти угловую скорость и угловое ускорение шатуна, а также ускорение ползуна B в момент, когда кривошип и шатун взаимно перпендикулярны и образуют с горизонтальной осью углы α=45° и β=45°.
РЕШЕНИЕ

18.12 Определить угловую скорость и угловое ускорение шатуна нецентрального кривошипного механизма, а также скорость и ускорение ползуна B при 1) горизонтальном правом и 2) вертикальном верхнем положении кривошипа OA, если последний вращается вокруг конца O с постоянной угловой скоростью ω0, причем даны: OA=r, AB=l, расстояние оси O кривошипа от линии движения ползуна OC=h (см. рисунок к задаче 16.16).
РЕШЕНИЕ

18.13 Стержень OA шарнирного четырехзвенника OABO1 вращается с постоянной угловой скоростью ω0. Определить угловую скорость, угловое ускорение стержня AB, а также ускорение шарнира B в положении, указанном на рисунке, если AB=2OA=2a.
РЕШЕНИЕ

18.14 Подвижное лезвие L ножниц для резки металла приводится в движение шарнирно-рычажным механизмом AOBD. В положении, указанном на рисунке к задаче 16.25, угловая скорость рычага AB равна 2 рад/с, его угловое ускорение равно 4 рад/с2, OB=5 см, O1D=10 см. Найти ускорение шарнира D и угловое ускорение звена BD.
РЕШЕНИЕ

18.15 Ползун B кривошипно-ползунного механизма OAB движется по дуговой направляющей. Определить касательное и нормальное ускорения ползуна B в положении, указанном на рисунке, если OA=10 см, AB=20 см. Кривошип OA вращается, имея в данный момент угловую скорость ω=1 рад/с, угловое ускорение ε=0.
РЕШЕНИЕ

18.16 Определить угловое ускорение шатуна AB механизма, рассмотренного в предыдущей задаче, если в положении, указанном на рисунке, угловое ускорение кривошипа OA равно 2 рад/с2.
РЕШЕНИЕ

18.17 Точильный станок приводится в движение педалью OA=24 см, которая колеблется около оси O по закону φ=(π/6)sin(πt/2) рад (угол φ отсчитывается от горизонтали). Точильный камень K вращается вокруг оси O1 с помощью стержня AB. Оси O и O1 перпендикулярны плоскости рисунка (см. рисунок к задаче 16.12). Найти в момент времени t=0 ускорение точки B точильного камня K, если O1B=12 см. В этот момент OA и O1B расположены горизонтально, причем OAB=60°.
РЕШЕНИЕ

18.18 Антипараллелограмм состоит из двух кривошипов AB и CD одинаковой длины 40 см и шарнирно соединенного с ними стержня BC длины 20 см. Расстояние между неподвижными осями A и D равно 20 см. Кривошип AB вращается с постоянной угловой скоростью ω0. Определить угловую скорость и угловое ускорение стержня BC в момент, когда угол ADC равен 90°.
РЕШЕНИЕ

18.19 В машине с качающимся цилиндром, лежащим на цапфах O1, длина кривошипа OA=12 см, длина шатуна AB=60 см; расстояние между осью вала и осью цапф цилиндра OO1=60 см. Определить ускорение поршня B и радиус кривизны его траектории при двух положениях цилиндра: 1) когда кривошип и шатун взаимно перпендикулярны и 2) когда кривошип занимает положение III; угловая скорость кривошипа ω0=const=5 рад/с. (См. рисунок к задаче 16.26.)
РЕШЕНИЕ

18.20 Жесткий прямой угол AME движется так, что точка A остается все время на неподвижной прямой Oy, тогда как другая сторона ME проходит через вращающийся шарнир B. Расстояние AM=OB=a. Скорость vA точки А постоянна. Определить ускорение точки M как функцию угла φ.
РЕШЕНИЕ

18.21 Центр колеса, катящегося без скольжения по прямолинейному рельсу, движется равномерно со скоростью v. Определить ускорение любой точки, лежащей на ободе колеса, если его радиус равен r.
РЕШЕНИЕ

18.22 Вагон трамвая движется по прямолинейному горизонтальному участку пути с замедлением w0=2 м/с2, имея в данный момент скорость v0=1 м/с. Колеса катятся по рельсам без скольжения. Найти ускорения концов двух диаметров ротора, образующих с вертикалью углы по 45°, если радиус колеса R=0,5 м, а ротора r=0,25 м.
РЕШЕНИЕ

18.23 Колесо катится без скольжения в вертикальной плоскости по наклонному прямолинейному пути. Найти ускорение концов двух взаимно перпендикулярных диаметров колеса, из которых один параллелен рельсу, если в рассматриваемый момент времени скорость центра колеса v0=1 м/с, ускорение центра колеса w0=3 м/с2, радиус колеса R=0,5 м.
РЕШЕНИЕ

18.24 Колесо радиуса R=0,5 м катится без скольжения по прямолинейному рельсу, в данный момент центр O колеса имеет скорость v0=0,5 м/с и замедление w0=0,5 м/с2. Найти: 1) мгновенный центр ускорения колеса, 2) ускорение wC точки колеса, совпадающей с мгновенным центром C скоростей, а также 3) ускорение точки M и 4) радиус кривизны ее траектории, если OM=MC=0,5R.
РЕШЕНИЕ

18.25 Подвижный блок 1 и неподвижный блок 2 соединены нерастяжимой нитью. Груз K, прикрепленный к концу этой нити, опускается вертикально вниз по закону x=2t2 м. Определить ускорение точек C, B и D, лежащих на ободе подвижного блока 1, в момент t=0,5 с в положении, указанном на рисунке, если OB⊥CD, а радиус подвижного блока 1 равен 0,2 м.
РЕШЕНИЕ

18.26 Груз K, связанный посредством нерастяжимой нити с катушкой L, опускается вертикально вниз по закону x=t2 м. При этом катушка L катится без скольжения по неподвижному горизонтальному рельсу. Определить ускорения точек A, B и D, лежащих на ободе катушки, ее угловую скорость и угловое ускорение в момент времени t=0,5 с в положении, указанном на рисунке; AD⊥OB, OD=2OC=0,2 м.
РЕШЕНИЕ

18.27 Колесо радиуса R катится без скольжения по плоскости. Центр O колеса движется с постоянной скоростью vO. В точке A с ним шарнирно соединен стержень AB длины l=3R. Другой конец стержня скользит по плоскости. В положении, указанном на рисунке, определить угловую скорость и угловое ускорение стержня AB, а также линейные скорость и ускорение его точки B.
РЕШЕНИЕ

18.28 Шестеренка радиуса R=12 см приводится в движение кривошипом OA, вращающимся вокруг оси O неподвижной шестеренки с тем же радиусом; кривошип вращается с угловым ускорением ε0=8 рад/с2, имея в данный момент угловую скорость ω=2 рад/с. Определить: 1) ускорение той точки подвижной шестеренки, которая в данный момент совпадает с мгновенным центром скоростей, 2) ускорение диаметрально противоположной точки N и 3) положение мгновенного центра ускорений K.
РЕШЕНИЕ

18.29 Найти положение мгновенного центра ускорений и скорость vK точки фигуры, совпадающей с ним в данный момент, а также ускорение wC точки фигуры, с которой в данный момент совпадает мгновенный центр скоростей, если шестеренка I радиуса r катится внутри неподвижного колеса II радиуса R=2r и кривошип OO1, приводящий в движение бегающую шестеренку, имеет постоянную угловую скорость ω0
РЕШЕНИЕ

18.30 Найти ускорения концов B, C, D, E двух диаметров шестеренки радиуса r1=5 см, катящейся снаружи неподвижной шестеренки радиуса r2=15 см. Подвижная шестеренка приводится в движение при помощи кривошипа OA, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω0=3 рад/с вокруг оси O неподвижной шестеренки; один из диаметров совпадает с линией OA, другой ей перпендикулярен. (См. рисунок к задаче 16.35.)
РЕШЕНИЕ

18.31 Показать, что в момент, когда угловая скорость ω=0, проекции ускорений концов отрезка, совершающего плоское движение, на направление отрезка равны между собой.
РЕШЕНИЕ

18.32 Показать, что в момент, когда угловое ускорение ε=0, проекции ускорений концов отрезка, совершающего плоское движение, на направление, перпендикулярное отрезку, равны между собой.
РЕШЕНИЕ

18.33 Ускорения концов стержня AB длины 10 см, совершающего плоское движение, направлены вдоль стержня навстречу друг другу, причем wA=10 см/с2, wB=20 см/с2. Определить угловую скорость и угловое ускорение стержня.
РЕШЕНИЕ

18.34 Ускорения концов однородного стержня AB длины 12 см, совершающего плоское движение, перпендикулярны AB и направлены в одну сторону, причем wA=24 см/с2, wB=12 см/с2. Определить угловую скорость, угловое ускорение стержня, а также ускорение его центра тяжести C.
РЕШЕНИЕ

18.35 Стержень AB длины 0,2 м совершает плоскопараллельное движение. Ускорения его концов A и B перпендикулярны AB, направлены в противоположные стороны и по модулю равны 2 м/с2. Найти угловую скорость, угловое ускорение стержня и ускорение его середины C.
РЕШЕНИЕ

18.36 Ускорения вершин A и B треугольника ABC, совершающего плоское движение, векторно равны: wB=wA=a. Определить угловую скорость и угловое ускорение треугольника, а также ускорение вершины C.
РЕШЕНИЕ

18.37 Квадрат ABCD со стороною a совершает плоское движение в плоскости рисунка. Найти положение мгновенного центра ускорений и ускорения вершин его C и D, если известно, что в данный момент ускорения двух вершин A и B одинаковы по величине и равны 10 см/с2. Направление ускорений точек A и B совпадает со сторонами квадрата, как указано на рисунке.
РЕШЕНИЕ

18.38 Равносторонний треугольник ABC движется в плоскости рисунка. Ускорение вершин A и B в данный момент времени равны 16 см/с2 и направлены по сторонам треугольника (см. рисунок). Определить ускорение третьей вершины C треугольника.
РЕШЕНИЕ

18.39 Стержень AB длины 0,2 м движется в плоскости рисунка. Ускорение точки A wA (wA=2 м/с2) образует угол 45° с осью x, совмещенной со стержнем. Ускорение точки B wB (wB=4,42 м/с2) расположено под углом 60° к оси x. Найти угловую скорость, угловое ускорение стержня и ускорение его середины C.
РЕШЕНИЕ

18.40 Квадрат ABCD со стороною a=2 см совершает плоское движение. В данный момент ускорения вершин его A и B соответственно равны по модулю wA=2 см/с2, wB=4√2 см/с2 и направлены, как указано на рисунке. Найти мгновенную угловую скорость и мгновенное угловое ускорение квадрата, а также ускорение точки C.
РЕШЕНИЕ

18.41 Найти модуль ускорения середины стержня AB, если известны модули ускорений его концов: wA=10 см/с2, wB=20 см/с2 и углы, образованные ускорениями с прямой AB: α=10° и β=70°.
РЕШЕНИЕ