Задачи на тему Геометрия масс: центр масс материальной системы, моменты инерции твердых тел

Предмет Теоретическая механика
Из пособия Решебник Мещерский

34.1 Коленчатый вал трехцилиндрового двигателя, изображенный на рисунке, состоит из трех колен, расположенных под углом 120° друг к другу. Определить положение центра масс коленчатого вала, считая, что массы колен сосредоточены в точках A, B и D, причем mA=mB=mD=m, и пренебрегая массами остальных частей вала. Размеры указаны на рисунке.
РЕШЕНИЕ

34.2 Найти уравнения движения центра масс шарнирного параллелограмма OABO1, а также уравнение траектории его центра масс при вращении кривошипа OA с постоянной угловой скоростью ω. Звенья параллелограмма однородные стержни, причем OA=O1B=AB/2=a.
РЕШЕНИЕ

34.3 К ползуну I массы M1 посредством тонкой невесомой нити прикреплен груз II массы M2. При колебаниях груза по закону φ=φ0 sin ωt ползун скользит по неподвижной горизонтальной гладкой поверхности. Найти уравнение движения ползуна x1=f(t), считая, что в начальный момент (t=0) ползун находился в начале отсчета O оси x. Длина нити равна l.
РЕШЕНИЕ

34.4 Определить положение центра масс центробежного регулятора, изображенного на рисунке, если масса каждого из шаров A и B равна M1, масса муфты D равна M2. Шары A и B считать точечными массами. Массой стержней пренебречь.
РЕШЕНИЕ

34.5 Определить траекторию центра масс механизма эллипсографа, состоящего из муфт A и B массы M1 каждая, кривошипа OC массы M2 и линейки AB массы 2M2; дано: OC=AC=CB=l. Считать, что линейка и кривошип представляют однородные стержни, а муфты точечные массы.
РЕШЕНИЕ

34.6 К вертикальному валу AB прикреплены два одинаковых груза E и D с помощью двух перпендикулярных оси AB и притом взаимно перпендикулярных стержней OE=OD=r. Массами стержней и вала пренебречь. Грузы считать точечными массами. Найти положение центра масс C системы, а также центробежные моменты инерции Jxz, Jyz, Jxy.
РЕШЕНИЕ

34.7 Вычислить момент инерции стального вала радиуса 5 см и массы 100 кг относительно его образующей. Вал считать однородным сплошным цилиндром.
РЕШЕНИЕ

34.8 Вычислить момент инерции тонкого однородного полудиска массы M и радиуса r относительно оси, проходящей вдоль диаметра, ограничивающего полудиск.
РЕШЕНИЕ

34.9 Вычислить осевые Jx и Jy моменты инерции изображенной на рисунке однородной прямоугольной пластинки массы M относительно осей x и y.
РЕШЕНИЕ

34.10 Вычислить моменты инерции изображенного на рисунке однородного прямоугольного параллелепипеда массы M относительно осей x, y и z.
РЕШЕНИЕ

34.11 В тонком однородном круглом диске радиуса R высверлено концентрическое отверстие радиуса r. Вычислить момент инерции этого диска массы M относительно оси z, проходящей через его центр масс перпендикулярно плоскости диска.
РЕШЕНИЕ

34.12 Вычислить момент инерции тонкой однородной пластинки массы M, имеющей форму равнобедренного треугольника с высотой h, относительно оси, проходящей через ее центр масс C параллельно основанию.
РЕШЕНИЕ

34.13 Однородная металлическая пластинка выполнена в виде равностороннего треугольника. Масса пластинки равна M, l длина ее стороны. Вычислить момент инерции пластинки относительно оси z, проходящей через ее вершину параллельно основанию.
РЕШЕНИЕ

34.14 Однородная равносторонняя треугольная пластина имеет массу M и длину стороны l. Вычислить момент инерции пластины относительно оси z, проходящей через вершину пластины перпендикулярно ее плоскости.
РЕШЕНИЕ

34.15 Вычислить моменты инерции относительно трех взаимно перпендикулярных осей x, y и z тонкой однородной эллиптической пластинки массы M, ограниченной контуром x2/a2+y2/b2=1.
РЕШЕНИЕ

34.16 Определить момент инерции однородного полого шара массы M относительно оси, проходящей через его центр тяжести. Внешний и внутренний радиусы соответственно равны R и r.
РЕШЕНИЕ

34.17 Вычислить момент инерции однородной тонкой оболочки, выполненной в виде полусферы радиуса R, относительно оси, проходящей через центр полусферы перпендикулярно к ограничивающей ее плоскости. Масса M оболочки равномерно распределена по поверхности полусферы.
РЕШЕНИЕ

34.18 Вычислить радиус инерции сплошного однородного цилиндра относительно оси z, перпендикулярной оси цилиндра и отстоящей от его центра масс C на расстоянии 10 см, если радиус цилиндра равен 4 см, а высота 40 см.
РЕШЕНИЕ

34.19 Маятник состоит из тонкого однородного стержня AB массы M1, к концу которого прикреплен однородный диск C массы M2. Длина стержня равна 4r, где r радиус диска. Вычислить момент инерции маятника относительно его оси привеса O, перпендикулярной плоскости маятника и отстоящей на расстоянии r от конца стержня.
РЕШЕНИЕ

34.20 Тонкий однородный стержень AB длины 2l и массы M прикреплен в центре O к вертикальной оси, образуя с ней угол α. Вычислить моменты инерции стержня Jx, Jy и центробежный момент инерции Jxy. Оси координат показаны на рисунке.
РЕШЕНИЕ

34.21 Однородный круглый диск массы M и радиуса r прикреплен к оси AB, отстоящей от центра масс C на расстоянии OC=r/2. Вычислить осевые и центробежные моменты инерции диска.
РЕШЕНИЕ

34.22 Вычислить момент инерции однородной треугольной пластинки ABC массы M относительно оси x, проходящей через его вершину A в плоскости пластинки, если даны расстояния от точек B и C до оси x; BM=hB, CN=hC.
РЕШЕНИЕ

34.23 По данным задачи 34.1 определить центробежные моменты инерции Jxz, Jyz, Jxy коленчатого вала.
РЕШЕНИЕ

34.24 Однородный круглый диск массы M эксцентрично насажен на ось z, перпендикулярную его плоскости. Радиус диска равен r, эксцентриситет OC=a, где C центр масс диска. Вычислить осевые Jx, Jy, Jz и центробежные Jxy, Jxz, Jyz моменты инерции диска. Оси координат показаны на рисунке.
РЕШЕНИЕ

34.25 По данным задачи 34.24 вычислить момент инерции диска относительно оси z1, лежащей в вертикальной плоскости xz и образующей с осью z угол φ.
РЕШЕНИЕ

34.26 Однородный круглый диск массы M насажен на ось z, проходящую через его центр масс C. Ось симметрии диска z1 лежит в вертикальной плоскости симметрии xz и образует с осью z угол α. Радиус диска равен r. Вычислить центробежные моменты инерции диска Jxz, Jyz, Jxy (оси координат показаны на рисунке).
РЕШЕНИЕ

34.27 Решить предыдущую задачу в предположении, что диск эксцентрично насажен на ось z, причем эксцентриситет OC=a.
РЕШЕНИЕ

34.28 Однородный круглый диск радиуса R насажен на ось вращения z, проходящую через точку O и составляющую с осью симметрии диска Cz1 угол α. Масса диска равна M. Определить момент инерции Jz диска относительно оси вращения z и центробежные моменты инерции Jxz и Jyz, если OL проекция оси z на плоскость диска, OE=a, OK=b.
РЕШЕНИЕ

34.29 Однородная прямоугольная пластинка OABD массы M со сторонами a и b прикреплена стороной OA к оси OE. Вычислить центробежные моменты инерции пластинки Jxz, Jyz и Jxy.
РЕШЕНИЕ

34.30 Однородная прямоугольная пластинка массы M со сторонами длины a и b прикреплена к оси z, проходящей через одну из ее диагоналей. Вычислить центробежный момент инерции Jyz пластинки относительно осей y и z, лежащих вместе с пластинкой в плоскости рисунка. Начало координат совмещено с центром масс пластинки.
РЕШЕНИЕ

34.31 Вращающаяся часть подъемного крана состоит из стрелы CD длины L и массы M1, противовеса E массы M2 и груза K массы M3. Рассматривая стрелу как однородную тонкую балку, а противовес E и круг K как точечные массы, определить момент инерции Jz крана относительно вертикальной оси вращения z и центробежные моменты инерции относительно осей координат x, y, z, связанных с краном. Центр масс всей системы находится на оси z; стрела CD расположена в плоскости yz.
РЕШЕНИЕ