|
|
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ, ПОЯСНЕНИЯ К ТЕКСТУ ЗАДАЧСодержание заданий: статика и кинематика (С1, С2, K1, К2); динамика (Д1, Д3, Д4, Д6). К каждой задаче дается 10 рисунков и таблица (с тем же номером, что и задача), содержащая дополнительные к тексту задачи условия. Нумерация рисунков двойная, при этом номером рисунка является цифра, стоящая после точки. Например, рис. С1.4 – это рис. 4 к задаче С1 и т.д. (в тексте задачи при повторных ссылках на рисунок пишется просто рис. 4 и т.д.). Номера условий от 0 до 9 проставлены в 1-м столбце (или в 1-й строке) таблицы.
Студент во всех задачах выбирает номер рисунка по предпоследней цифре шифра, а номер условия в таблице – по последней; например, если шифр оканчивается числом 46, то берет рис. 4 и условия № 6 из таблицы. Шифр – это номер зачетной книжки. Каждое задание выполняется в отдельной тетради (ученической), страницы которой нумеруются. На обложке указываются: название дисциплины, номер работы, номера решаемых задач, фамилия, имя и отчество (полностью) студента, учебный шифр, факультет, специальность и адрес, если работа высылается по почте. Решение каждой задачи следует начинать на новом развороте тетради. Сверху указывается номер задачи, далее делается чертеж (можно карандашом) и записывается, что в задаче дано и что требуется определить (текст задачи не переписывать). Чертеж выполняется с учетом условий решаемого варианта задачи; на нем все углы, действующие силы, число тел и их расположение на чертеже должны соответствовать этим условиям. В результате в целом ряде задач чертеж получится более простым, чем общий. Чертеж должен бытьаккуратным и наглядным, а его размеры должны позволять ясно показать все силы или векторы скорости и ускорения и др. Решение задач необходимо сопровождать краткими пояснениями (какие формулы или теоремы применяются, откуда получаются те или иные результаты и т.п.) и подробно излагать весь ход расчетов. На каждой странице следует оставлять поля для замечаний рецензента. Работы, не отвечающие всем перечисленным требованиям, проверяться не будут и будут возвращаться для переделки. К работе, подаваемой на повторную проверку (если она выполнена в другой тетради), должна обязательно прилагаться незачтенная работа. К моменту сдачи экзамена, все контрольные работы по данному разделу курса должны быть зачтены. При чтении текста каждой задачи учесть следующее. Большинство рисунков дано без соблюдения масштаба. На рисунках к задачам все линии, параллельные строкам, считаются горизонтальными и это в тексте задач специально не оговаривается. Также без оговорок считается, что все нити (тросы, передаточные ремни) являются нерастяжимыми и невесомыми; нити, перекинутые через блок, по блоку не скользят; катки и колеса (в кинематике и динамике) катятся по плоскостям без скольжения. Все связи, если не сделано других оговорок, считаются идеальными. Когда тела на рисунке пронумерованы, то в тексте задачи и в таблице Р1, l1, Следует иметь в виду, что некоторыеиз заданных в условиях задачи величин (размеров) при решении каких-нибудь вариантов могут не понадобиться, они нужны для решения других вариантов задачи. Из всех пояснений в тексте задачи обращайте внимание только на относящиеся к вашему варианту, т.е. к номеру вашего рисунка или вашего условия в таблице. Методические указания по решению задач, входящих в контрольные задания, даются для каждой задачи после изложения ее текста под рубрикой "Указания"; затем дается пример решения аналогичной задачи, Цель примера – разъяснить ход решения, но не воспроизвести его полностью. Поэтому в ряде случаев промежуточные расчеты опускаются. Однако при выполнении задания все преобразования и числовые расчеты должны быть обязательно последовательно проделаны с необходимыми пояснениями; в конце должны быть даны ответы. ЗАДАЧИ К КОНТРОЛЬНЫМ ЗАДАНИЯМ
СТАТИКА В статике рассматривается а) теория сил, б) равновесие тел под действием различных систем сил. Все задачи контрольного задания (С1-C3) относятся к теме о равновесии. Это позволяет привести общие для всех задач сведения справочного характера из теории и сформулировать алгоритм решения задач.
ВИДЫ СВЯЗЕЙ Связь – тело, препятствующее перемещению данного объекта (тела, узла) в пространстве. Реакция связи – сила, с которой связь действует на объект.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
ВИДЫ СИСТЕМ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ТВЕРДОЕ ТЕЛО, И УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ
Примерный план (алгоритм) решения задач статики: 1. Назвать (выделить) объект: тело, узел, равновесие которого надо рассмотреть в данной задаче. 2. Указать на рисунке силы, действующие на этот объект: а) активные силы; б) назвать каждую связь и пояснить направление реакций связи или их составляющих (мысленно освобождая объект от связи на основании аксиомы освобождения от связей); 3. Назвать вид полученной системы сил, учитывая расположение линий действия сил. 4. Сформулировать условия равновесия полученной системы сил в алгебраической (координатной) форме. 5. Провести на рисунке координатные оси (если заранее не потребовалось это сделать). 6. Составить уравнения равновесия. 7. Решить систему уравнений с пояснением. 8. Сделать проверку. 9. Записать ответ.
При работе необходимо использовать учебник, данное пособие и справочник по математике. Задача С1
Жесткая рама, расположенная в вертикальной плоскости (рис. С1.0-С1.9, табл. С1) закреплена в точке А шарнирно, а в точке В прикреплена или к невесомому стержню с шарнирами на концах, или к шарнирной опоре на катках. В точке C к раме привязан трос, перекинутый через блок и несущий на конце груз весом P=25 кН. На раму действуют пара сил с моментом М = 100 кН×м и две силы, значения, направления и точки приложения которых указаны в таблице (например, в условиях № 1 на раму действуют сила Определить реакции связей в точках А и В, вызываемые заданными нагрузками. При окончательных подсчетах принять a = 0,5 м. Указания. Задача C1 – на равновесие тела под действием произвольной плоской системы сил. При ее решении учесть, что натяжения обеих ветвей нити, перекинутой через блок, когда трением пренебрегают, будут одинаковыми. Уравнение моментов будет более простым (содержать меньше неизвестных), если брать моменты относительно точки, где пересекаются линии действия двух реакций связей. При вычислении момента какой-либо силы Таблица С1
Перед выполнением задания прочтите по учебнику темы: «Основные понятия и аксиомы статики», «Связи и реакции связей», «Плоская система сил», «Пара сил». Вопросы, на которые следует обратить внимание и выучить: 1. Сила, линия действия силы. 2. Проекция силы на ось. В каком случае проекция силы на ось равна нулю? 3. Проекция силы на плоскость, в каком случае эта проекция равна нулю. Отличие проекции силы на плоскость от проекции силы на ось. 4. Алгебраической момент силы относительно центра (точки). В каком случае момент силы относительно центра равен нулю? 5. Что называется связями, перечислите виды связей. 6. Аксиома освобождения от связей. 7. Реакция связи, ее направление и точка приложения. 8. Какая система сил называется плоской (произвольной плоской)? Сформулировать и записать уравнения: условия равновесия плоской системы сил в векторной и алгебраической (координатной) формах.
Пример C1. Жесткая пластина ABCD (рис. C1) имеет в точке А неподвижную шарнирную опору, а в точке В - подвижную шарнирную опору на катках. Все действующие нагрузки и размеры показаны на рисунке.
Решение. 1. Рассмотрим равновесие пластины. Проведем координатные оси ху и изобразим действующие на пластину силы (рис. C1): а) активные силы (нагрузки): силу б) реакции связей: в точке A связью является неподвижная шарнирная опора, ее реакцию изображаем двумя составляющими в точке В связью является подвижная шарнирная опора на катках, ее реакция направлена перпендикулярно плоскости опоры катков; в точке D связью является трос, реакция троса 2. Для полученной плоской системы сил составим три уравнения равновесия. Первые два уравнения выражают равенство нулю алгебраических сумм проекций всех сил на оси координат х и у:
Третье уравнение выражает равенство нулю алгебраической суммы моментов всех сил относительно произвольной точки тела. Для уменьшения числа неизвестных реакций связей в этом уравнении выбираем точку, через которую проходят линии действия двух неизвестных сил (точку А). При вычислении момента силы
Решение системы уравнений начинаем с уравнения (3), так как оно содержит одну неизвестную
Подставляем
Подставляем
Проверка.Для проверки можно составить уравнение моментов относительно любой другой точки (кроме А). Желательно выбрать точку, относительно которой имеют моменты все три неизвестные силы (например, точку Е). Составим уравнение
Погрешность расчета составляет Ответ:ХА = -8,5 кН, YA = -23,3 кН, RB = 7,3 кН. Знаки указывают, что составляющие реакции шарнира В примерах выполнения последующих задач решение уравнений и проверка не приводятся, но это необходимо делать при выполнении каждой задачи контрольной работы. Задача С2
Однородная прямоугольная плита весом Р = 5 кН со сторонами АВ = 3l, ВС = 2l закреплена в точке А сферическим шарниром, а в точке В цилиндрическим шарниром (подшипником) и удерживается в равновесии невесомым стержнем СС' (рис. С2.0-С2.9). Размеры 3l и 2l укажите на рисунке. На плиту действуют пара сил с моментом М = 6 кН×м, лежащая в плоскости плиты, и две силы. Значения этих сил, их направления и точки приложения указаны в табл. С2; при этом силы Определить: реакции связей в точках А, В и С. При подсчетах принять l= 0,8 м. Указания. Задача С2 – на равновесие тела под действием пространственной системы сил. При составлении уравнений моментов относительно каждой из координатных осей удобно сделать дополнительный рисунок: вид на плоскость, перпендикулярную этой оси.
Таблица С2
Перед выполнением задания прочтите по учебнику тему: «Произвольная пространственная система сил». Вопросы, на которые следует обратить внимание и выучить: 1. Момент силы относительно оси, его вычисление. В каких случаях момент силы относительно оси равен нулю? Объясните каждый случай, опираясь на правило вычисления. 2. Какая система сил называется пространственной (произвольной пространственной)? 3. Сформулируйте и запишите уравнения: условия равновесия пространственной системы сил в векторной и алгебраической (координатной) формах.
Пример С2. Вертикальная прямоугольная плита весом Р (рис. C2) закреплена сферическим шарниром в точке А, цилиндрическим (подшипником) в точке В и невесомым стержнем DD', лежащим в плоскости, параллельной плоскости yz. На плиту действуют сила
Решение. Рассмотрим равновесие плиты. На нее действуют: а) активные силы б) реакции связей: реакцию сферического шарнира A разложим на три составляющие Силы, приложенные к плите, образуют пространственную систему сил. Составляем уравнения ее равновесия:
Для определения момента силы Подставив в уравнения (1)-(6) числовые значения заданных величин и решив эти уравнения, найдем величины реакций связей. В своей задаче систему уравнений (1)-(6) следует решить полностью и с пояснениями. Сделайте проверку, например, составив уравнение моментов относительно оси x1, проведенной параллельно оси x. Ответ: ХА = -5,2 кН, YA = 3,8 кН, ZA = 28,4 кН, YB = -7,5 кН, ZB = -12,4 кН, N = 14,5 кН, Знаки указывают, что силы
Вопросы для самоконтроля по статике
1. Предмет статики. Основные понятия статики (абсолютно твердое тело, сила, эквивалентные и уравновешенные системы сил, равнодействующая, внешние и внутренние силы). Аксиомы статики. Теорема об уравновешивании двух сходящихся сил третьей силой. 2. Несвободное твердое тело. Связи и реакции связей, виды связей. 3. Проекция силы на ось и на плоскость. 4. Система сходящихся сил. Геометрический и аналитический (координатный) способы нахождения равнодействующей. Условия равновесия системы сходящихся сил в векторной, графической и аналитической формах. 5. Алгебраический момент силы относительно точки. Момент силы относительно центра как вектор. 6. Момент силы относительно оси; случаи равенства нулю этого момента. 7. Пара сил. Алгебраический момент пары сил. Момент пары сил как вектор. 8. Условие эквивалентности пар сил (без доказательства). Свойства пары сил. 9. Теорема о параллельном переносе силы. 10. Приведение произвольной системы сил к данному центру. Главный вектор и главный момент системы сил и их нахождение. 11. Частные случаи приведения системы сил к центру (равнодействующая, пара сил, динамический винт) (без доказательства). 12. Теорема Вариньона о моменте равнодействующей силы относительно центра и оси (без доказательства). 13. Условия равновесия произвольной пространственной системы сил в векторной и аналитической (координатной) формах. 14. Частные случаи уравнений равновесия (плоская система сил, система параллельных сил на плоскости и в пространстве).
КИНЕМАТИКА
В кинематике рассматривается движение точек, тел и механических систем без учета действующих сил (геометрия движения). В отличие от статики, темы задач разные; поэтому краткие сведения из теории помещены в каждой задаче. Задача К1 (тема: “Кинематика точки”) Задача К1. Точка В движется в плоскости ху (рис. К1.0-К1.9, табл. К1; траектория точки на рисунках показана условно). Закон движения точки задан уравнениями: х= f1 (t), у = f2 (t), где х и у выражены в сантиметрах, t – в секундах (координатный способ задания движения точки). Зависимость х=f1 (t) указана непосредственно на рисунках, а зависимость у = f2 (t) дана в табл. К1. Найти уравнение траектории точки, а для момента времени t1 = 1с определить координаты, скорость и ускорение точки, а также ее касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны в соответствующей точке траектории. Выполнить чертеж, на котором построить траекторию точки, отметить положение точки при t1 = 1с и в этом положении построить все найденные векторы.
Таблица К1 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
и т.п. означают вес или размеры тела 1; P2, l2, r2 – тела 2 и т.д. Аналогично в кинематике и динамике 
обозначают скорость и ускорение точки В, 
– точки С; 
– угловую скорость и угловое ускорение тела 1, 
– тела 2 и т.д. В каждой задаче подобные обозначения могут специально не оговариваться.
направлена по нормали к поверхности объекта.
, 
.
, 
.
Направление реакции подпятника A в пространстве не определено; указываем в пространстве три составляющие этой реакции по коорд. осям: 
.
алгебраическое значение этого момента:
.
Знак 
соответствует повороту тела вокруг центра А против хода часовой стрелки;
h – перпендикуляр, опущенный из центра А на линию действия силы (плечо силы)
,
– проекция силы на плоскость,
перпендикулярную оси;
А – точка пересечения оси с этой же плоскостью;
h – плечо силы 
.
– две равные антипараллельные силы:
Момент пары сил, действующей на твердое тело, – свободный вектор.
Алгебраическое значение момента пары сил:
– плечо пары сил (перпендикуляр, опущенный из точки приложения силы на линию действия другой силы)
(для равновесия произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы главный вектор и главный момент системы сил равнялись нулю).
Координатная форма (аналитическая):
2. 
3. 
5. 
6. 
, где 
– равнодействующая системы сил.
Координатная форма:
1. 
параллельна линиям действия сил):
1. 
;
2. 
.
2-я форма (точки A, B, С не лежат на одной прямой):
1. 
; 3. 
3-я форма (Ось ОХ не перпендикулярна прямой АВ):
1. 
Плоская система параллельных сил – линии действия сил параллельны и расположены в одной плоскости.
под углом 15° к горизонтальной оси, приложенная в точке D, и сила 
под углом 60° к горизонтальной оси, приложенная в точке E, и т. д.)
часто удобно разложить ее на составляющие 
и 
(по правилу параллелограмма), для которых плечи легко определяются; затем применить теорему Вариньона (в алгебраической форме): 
.
, град.
,
град.
, град.
,
град.
Рис. С1.0
Рис. С1.1
Рис. С1.2
Рис. С1.3
Рис. С1.4
Рис. С1.5
Рис. С1.6
Рис. C1.7
Рис. C1.8
Рис. C1.9
, l= 0,5 м.
Определить: реакции в точках А и В, вызываемые действующими нагрузками.
и пару сил с моментом М;
, параллельными координатным осям;
направлена вдоль троса от пластины (по модулю Т = Р).
(1)
(2)
и воспользуемся теоремой Вариньона в алгебраической форме: 
. Получим
(3)
:
кН.
.
и подставим в него найденные реакции связей. Если задача решена верно, то сумма моментов всех сил должна быть близка к нулю (разница между суммой положительных чисел и модулем суммы отрицательных чисел не должна превышать 1% от этих величин).
.
и 
направлены противоположно показанным на рис. C1.
и 
лежат в плоскостях, параллельных плоскости хOу, сила 
– в плоскости, параллельной xOz, сила 
– в плоскости, параллельной yOz. Точки приложения сил (D, Е, Н) находятся в серединах сторон плиты. Укажите на своем рисунке численные значения всех углов.
Рис. С2.0
и пара сил, момент которой М;
, цилиндрического шарнира (подшипника) B – на две составляющие 
(в плоскости, перпендикулярной оси подшипника), реакцию 
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
и 
, параллельные осям х и z ( 
), и применяем теорему Вариньона (относительно оси). Аналогично можно поступить при определении моментов реакции 
и 
направлены противоположно показанным на рис. C2.