Задачи из решебника Мещерского онлайн 1986 г.
Кинематика :
Сложное движение твердого тела
§ 25. Смешанные задачи на сложное движение точки и твердого тела
Задачи с решениями
25.1 Колеса паровоза соединены спарником AB. Колеса радиуса r=80 см катятся без скольжения по рельсам налево. При движении из состояния покоя угол поворота колес φ=∠PO1A изменяется по закону φ=3πt2/4 рад. Вдоль спарника AB, в соответствии с уравнением s=AM=(10+40t2) см, движется ползун M. Определить абсолютную скорость и абсолютное ускорение ползуна M в момент t=1 c, если O1O2=AB, O1A=O2B=r/2.
РЕШЕНИЕ
25.2 Неподвижная шестерня 1 соединена цепью с одинаковой по радиусу подвижной шестерней 2. Шестерня 2 приводится в движение с помощью кривошипа OA=60 см, вращающегося против хода часовой стрелки по закону φ=πt/6 рад. В момент времени t=0 кривошип OA находился в правом горизонтальном положении. Вдоль горизонтальной направляющей BC шестерни 2, совмещенной с осью s, движется ползун M, совершающий колебания около центра A по закону s=AM=20 sin πt/2 см. Определить абсолютную скорость и абсолютное ускорение ползуна M в моменты времени: t1=0, t2=1 c.
РЕШЕНИЕ
25.3 Треугольная призма, образующая угол 45° с горизонтом, скользит направо по горизонтальной плоскости со скоростью v (v=2t см/с). По наклонной грани призмы скатывается без скольжения круглый цилиндр. Модуль скорости его центра масс C относительно призмы равен vC=4t см/с. Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на ободе цилиндра, если в момент t=1 с ∠ACD=90°.
РЕШЕНИЕ
25.4 Коническая шестерня M приводится в движение по шестерне N с помощью оси OC, закрепленной в точке O и вращающейся вокруг вертикальной оси z с постоянной угловой скоростью 2 рад/с. Горизонтальная платформа P, к которой прикреплена шестерня N, движется ускоренно вертикально вниз, имея в данный момент скорость v=80 см/с и ускорение w=80√3 см/с2. Угол BOA=60°, диаметр AB шестерни M равен 20 см. Найти абсолютные скорости и ускорения точек A и B шестерни M.
РЕШЕНИЕ
25.5 Решить предыдущую задачу в предположении, что ось OC вращается вокруг вертикальной оси z с угловой скоростью, равной 2t рад/с. Найти абсолютные ускорения точек A и B конической шестерни M для момента времени t=1 c.
РЕШЕНИЕ
25.6. Поворотный кран вращается вокруг вертикальной неподвижной оси 0,02 с угловой скоростью ω = 1 рад/с. Вдоль горизонтальной стрелы крана, совмещенной с осью s, катится без скольжения тележка. Центр масс С ее заднего колеса радиуса 10 см движется по закону sc = OC = 60(1 + t) см. Определить модуль абсолютной скорости точки A1, лежащей на ободе колеса, в момент t = 1 c, если MCD=* 30°. Найти также модули абсолютных ускорений точек А и D, лежащих на ободе колеса, в момент t = 1 c, если ACD = 90°.
РЕШЕНИЕ
25.7 Шестерня 1 радиуса 10 см приводится в движение внутри шестерни 2 радиуса 40 см с помощью кривошипа OC, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω0=2 рад/с. Шестерня 2 в свою очередь вращается вокруг горизонтальной неподвижной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω=2 рад/с. Определить модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на ободе шестерни 1, если ∠OCA=∠O1OC=90°.
РЕШЕНИЕ
25.8. Найти модуль абсолютного ускорения точки А в предыдущей задаче для момента времени t = 2 c, если вращение шестерни 2 вокруг неподвижной горизонтальной оси O1O2 происходит с переменной угловой скоростью ω= (2 - t) рад/с. Считать, что в момент времени t = 2 с точка A занимает положение, указанное на рисунке к предыдущей задаче.
РЕШЕНИЕ
25.9 Шестерня 1 радиуса 10 см приводится в движение по шестерне 2 радиуса 20 см посредством кривошипа OC, вращающегося с угловой скоростью ω0=t рад/с. Шестерня 2 в свою очередь вращается вокруг неподвижной горизонтальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=2 рад/с). Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения в момент t=1 с точки A, лежащей на ободе шестерни 1, если ∠O2OC=∠OCA=90°.
РЕШЕНИЕ
25.10 Кривошип OC с помощью стержня AB приводит в движение ползуны A и B, которые скользят вдоль взаимно перпендикулярных направляющих x и y. Эти направляющие в свою очередь вращаются против хода часовой стрелки вокруг оси O с постоянной угловой скоростью ω (ω=π/2 рад/с). Угол поворота φ кривошипа OC, отсчитываемый от оси x против хода часовой стрелки, изменяется по закону φ=πt/4 рад. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки M линейки AB в момент времени t=0, если OC=AC=CB=2BM=16 см.
РЕШЕНИЕ
25.11 Конус 1 с углом при вершине O равным 60° катится без скольжения внутри конуса 2 с углом при вершине 120°. Конус 2 в свою очередь вращается вокруг неподвижной вертикальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=3 рад/с). Точка B обода основания конуса 1 лежит на диаметре BC, расположенном в одной вертикальной плоскости с осью O1O2. Скорость точки B по модулю постоянна, равна 60 см/с и направлена за рисунок перпендикулярно плоскости OBC; OB=OC=20 см, ∠COD=30°. Определить модули абсолютных ускорений точек B и C конуса 1.
РЕШЕНИЕ
25.12 Найти в момент времени t=1 с геометрическое место точек конуса 1, рассмотренного в предыдущей задаче, абсолютные ускорения которых не изменятся, несмотря на то, что скорость точки B будет переменной и равной 60t см/с.
РЕШЕНИЕ
25.13 Круговой конус катится без скольжения по горизонтальному диску, к которому он прикреплен вершиной Q. Диск в свою очередь вращается вокруг неподвижной вертикальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=2 рад/с). Скорость центра A основания конуса относительно покоящегося диска равна по модулю 15 см/с и направлена на читателя перпендикулярно плоскости рисунка. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки C касания основания конуса с диском, если OQ=QC=QB=BC=10 см.
РЕШЕНИЕ
25.14 Определить модуль абсолютного ускорения точки C, рассмотренной в предыдущей задаче, для момента времени t=1 с в предположении, что диск вращается ускоренно с угловым ускорением ε (ε=2t рад/с2), причем в начальный момент времени модуль угловой скорости был равен 2 рад/с.
РЕШЕНИЕ
25.15 Гироскоп установлен на горизонтальной платформе L, вращающейся вокруг неподвижной вертикальной оси O1O1 с постоянной угловой скоростью ω1 (ω1=2π рад/с). Гироскопом является диск K радиуса r=10 см, вращающийся вокруг горизонтальной оси O2O 2 с постоянной угловой скоростью ω2 (ω2=8π рад/с). Ось O2O2 в свою очередь вращается вокруг вертикальной оси O3O3 по закону φ3=2πt2 рад. В момент времени t=0 диск K лежал в одной вертикальной плоскости с осью O1O1. Угол φ3 отсчитывается от этой плоскости в направлении, указанном на рисунке. Оси O2O 2 и O3O 3 пересекаются в центре диска K. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на верхнем конце вертикального диаметра AB диска K в момент времени t=1 c, если расстояние между параллельными осями O1O1 и O3O3 равно OO3=30 см.
РЕШЕНИЕ
25.16 Вдоль шатуна AB кривошипно-ползунного механизма OAB около точки C совершает колебания муфта M по закону s=CM=20 sin πt/2 см (ось s, направленная вдоль шатуна AB, имеет начало в центре C шатуна). Кривошип OA вращается вокруг горизонтальной оси O, перпендикулярной плоскости рисунка, против хода часовой стрелки по закону φ=πt/2 рад. Определить модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения муфты M в момент времени t=0, если OA=10 см, AC=CB=AB/2=20 см.
РЕШЕНИЕ
25.17 Стержень AB длины 4√2 м скользит концом A вниз вдоль оси y, а концом B вдоль оси x направо. Точка A движется по закону yA=(5-t2) м. Одновременно вдоль стержня от A к B соскальзывает точка M. Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки M в момент t=1 c, если уравнение движения точки M вдоль оси s, совмещенной со стержнем, имеет вид s=AM=2√2t2 м.
РЕШЕНИЕ
25.18 Круговой конус 1 с углом при вершине равным 120° прикреплен к неподвижному конусу 2 с углом при вершине 60° шарниром O и катится без скольжения. При этом ось OA конуса 1 совершает вокруг вертикальной оси O1O2 один оборот в секунду. Вдоль диаметра BC=20 см основания конуса 1 проложена направляющая, по которой скользит ползун M, совершая колебания около центра A по закону s=AM=10 cos 2πt см. В начальный момент времени t=0 направляющая BC лежит в одной вертикальной плоскости с шарниром O. Найти модуль абсолютного ускорения ползуна M в момент t=0.
РЕШЕНИЕ
РЕШЕНИЕ
25.2 Неподвижная шестерня 1 соединена цепью с одинаковой по радиусу подвижной шестерней 2. Шестерня 2 приводится в движение с помощью кривошипа OA=60 см, вращающегося против хода часовой стрелки по закону φ=πt/6 рад. В момент времени t=0 кривошип OA находился в правом горизонтальном положении. Вдоль горизонтальной направляющей BC шестерни 2, совмещенной с осью s, движется ползун M, совершающий колебания около центра A по закону s=AM=20 sin πt/2 см. Определить абсолютную скорость и абсолютное ускорение ползуна M в моменты времени: t1=0, t2=1 c.
РЕШЕНИЕ
25.3 Треугольная призма, образующая угол 45° с горизонтом, скользит направо по горизонтальной плоскости со скоростью v (v=2t см/с). По наклонной грани призмы скатывается без скольжения круглый цилиндр. Модуль скорости его центра масс C относительно призмы равен vC=4t см/с. Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на ободе цилиндра, если в момент t=1 с ∠ACD=90°.
РЕШЕНИЕ
25.4 Коническая шестерня M приводится в движение по шестерне N с помощью оси OC, закрепленной в точке O и вращающейся вокруг вертикальной оси z с постоянной угловой скоростью 2 рад/с. Горизонтальная платформа P, к которой прикреплена шестерня N, движется ускоренно вертикально вниз, имея в данный момент скорость v=80 см/с и ускорение w=80√3 см/с2. Угол BOA=60°, диаметр AB шестерни M равен 20 см. Найти абсолютные скорости и ускорения точек A и B шестерни M.
РЕШЕНИЕ
25.5 Решить предыдущую задачу в предположении, что ось OC вращается вокруг вертикальной оси z с угловой скоростью, равной 2t рад/с. Найти абсолютные ускорения точек A и B конической шестерни M для момента времени t=1 c.
РЕШЕНИЕ
25.6. Поворотный кран вращается вокруг вертикальной неподвижной оси 0,02 с угловой скоростью ω = 1 рад/с. Вдоль горизонтальной стрелы крана, совмещенной с осью s, катится без скольжения тележка. Центр масс С ее заднего колеса радиуса 10 см движется по закону sc = OC = 60(1 + t) см. Определить модуль абсолютной скорости точки A1, лежащей на ободе колеса, в момент t = 1 c, если MCD=* 30°. Найти также модули абсолютных ускорений точек А и D, лежащих на ободе колеса, в момент t = 1 c, если ACD = 90°.
РЕШЕНИЕ
25.7 Шестерня 1 радиуса 10 см приводится в движение внутри шестерни 2 радиуса 40 см с помощью кривошипа OC, вращающегося с постоянной угловой скоростью ω0=2 рад/с. Шестерня 2 в свою очередь вращается вокруг горизонтальной неподвижной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω=2 рад/с. Определить модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на ободе шестерни 1, если ∠OCA=∠O1OC=90°.
РЕШЕНИЕ
25.8. Найти модуль абсолютного ускорения точки А в предыдущей задаче для момента времени t = 2 c, если вращение шестерни 2 вокруг неподвижной горизонтальной оси O1O2 происходит с переменной угловой скоростью ω= (2 - t) рад/с. Считать, что в момент времени t = 2 с точка A занимает положение, указанное на рисунке к предыдущей задаче.
РЕШЕНИЕ
25.9 Шестерня 1 радиуса 10 см приводится в движение по шестерне 2 радиуса 20 см посредством кривошипа OC, вращающегося с угловой скоростью ω0=t рад/с. Шестерня 2 в свою очередь вращается вокруг неподвижной горизонтальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=2 рад/с). Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения в момент t=1 с точки A, лежащей на ободе шестерни 1, если ∠O2OC=∠OCA=90°.
РЕШЕНИЕ
25.10 Кривошип OC с помощью стержня AB приводит в движение ползуны A и B, которые скользят вдоль взаимно перпендикулярных направляющих x и y. Эти направляющие в свою очередь вращаются против хода часовой стрелки вокруг оси O с постоянной угловой скоростью ω (ω=π/2 рад/с). Угол поворота φ кривошипа OC, отсчитываемый от оси x против хода часовой стрелки, изменяется по закону φ=πt/4 рад. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки M линейки AB в момент времени t=0, если OC=AC=CB=2BM=16 см.
РЕШЕНИЕ
25.11 Конус 1 с углом при вершине O равным 60° катится без скольжения внутри конуса 2 с углом при вершине 120°. Конус 2 в свою очередь вращается вокруг неподвижной вертикальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=3 рад/с). Точка B обода основания конуса 1 лежит на диаметре BC, расположенном в одной вертикальной плоскости с осью O1O2. Скорость точки B по модулю постоянна, равна 60 см/с и направлена за рисунок перпендикулярно плоскости OBC; OB=OC=20 см, ∠COD=30°. Определить модули абсолютных ускорений точек B и C конуса 1.
РЕШЕНИЕ
25.12 Найти в момент времени t=1 с геометрическое место точек конуса 1, рассмотренного в предыдущей задаче, абсолютные ускорения которых не изменятся, несмотря на то, что скорость точки B будет переменной и равной 60t см/с.
РЕШЕНИЕ
25.13 Круговой конус катится без скольжения по горизонтальному диску, к которому он прикреплен вершиной Q. Диск в свою очередь вращается вокруг неподвижной вертикальной оси O1O2 с постоянной угловой скоростью ω (ω=2 рад/с). Скорость центра A основания конуса относительно покоящегося диска равна по модулю 15 см/с и направлена на читателя перпендикулярно плоскости рисунка. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки C касания основания конуса с диском, если OQ=QC=QB=BC=10 см.
РЕШЕНИЕ
25.14 Определить модуль абсолютного ускорения точки C, рассмотренной в предыдущей задаче, для момента времени t=1 с в предположении, что диск вращается ускоренно с угловым ускорением ε (ε=2t рад/с2), причем в начальный момент времени модуль угловой скорости был равен 2 рад/с.
РЕШЕНИЕ
25.15 Гироскоп установлен на горизонтальной платформе L, вращающейся вокруг неподвижной вертикальной оси O1O1 с постоянной угловой скоростью ω1 (ω1=2π рад/с). Гироскопом является диск K радиуса r=10 см, вращающийся вокруг горизонтальной оси O2O 2 с постоянной угловой скоростью ω2 (ω2=8π рад/с). Ось O2O2 в свою очередь вращается вокруг вертикальной оси O3O3 по закону φ3=2πt2 рад. В момент времени t=0 диск K лежал в одной вертикальной плоскости с осью O1O1. Угол φ3 отсчитывается от этой плоскости в направлении, указанном на рисунке. Оси O2O 2 и O3O 3 пересекаются в центре диска K. Найти модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки A, лежащей на верхнем конце вертикального диаметра AB диска K в момент времени t=1 c, если расстояние между параллельными осями O1O1 и O3O3 равно OO3=30 см.
РЕШЕНИЕ
25.16 Вдоль шатуна AB кривошипно-ползунного механизма OAB около точки C совершает колебания муфта M по закону s=CM=20 sin πt/2 см (ось s, направленная вдоль шатуна AB, имеет начало в центре C шатуна). Кривошип OA вращается вокруг горизонтальной оси O, перпендикулярной плоскости рисунка, против хода часовой стрелки по закону φ=πt/2 рад. Определить модули абсолютной скорости и абсолютного ускорения муфты M в момент времени t=0, если OA=10 см, AC=CB=AB/2=20 см.
РЕШЕНИЕ
25.17 Стержень AB длины 4√2 м скользит концом A вниз вдоль оси y, а концом B вдоль оси x направо. Точка A движется по закону yA=(5-t2) м. Одновременно вдоль стержня от A к B соскальзывает точка M. Определить модуль абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки M в момент t=1 c, если уравнение движения точки M вдоль оси s, совмещенной со стержнем, имеет вид s=AM=2√2t2 м.
РЕШЕНИЕ
25.18 Круговой конус 1 с углом при вершине равным 120° прикреплен к неподвижному конусу 2 с углом при вершине 60° шарниром O и катится без скольжения. При этом ось OA конуса 1 совершает вокруг вертикальной оси O1O2 один оборот в секунду. Вдоль диаметра BC=20 см основания конуса 1 проложена направляющая, по которой скользит ползун M, совершая колебания около центра A по закону s=AM=10 cos 2πt см. В начальный момент времени t=0 направляющая BC лежит в одной вертикальной плоскости с шарниром O. Найти модуль абсолютного ускорения ползуна M в момент t=0.
РЕШЕНИЕ