Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения icon

Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения



НазваниеМетодические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения
Дата конвертации30.07.2012
Размер212,34 Kb.
ТипМетодические указания
скачать >>>


Кафедра теоретической механики


ДИНАМИКА

Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения

инженерно-строительных специальностей


Динамика [Текст]: метод. указания и контрол. задания по теоретической механике для студ. дист. обуч. инженерно-строит. спец. / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: В.А. Козлов. – Воронеж, 2010. – 17 с.


Приводится описание индивидуальных заданий на контрольные работы по разделу «Динамика» курса теоретической механики. Даются рекомендации по выполнению работ и примеры расчёта.

Предназначено для студентов дистанционной формы обучения инженерно-строительных специальностей.

Ил.11. Табл.4. Библиогр.: 4 назв.


Введение


Полный курс теоретической механики содержит три раздела: статика, кинематика и динамика. При выполнении контрольных заданий раздела «Динамика» необходимо знать дифференциальные уравнения движения, теоремы об изменении количества движения и кинетической энергии, принцип Даламбера для точки (задача Д1), принцип возможных перемещений (задача Д2). Твёрдые знания по этим вопросам позволяют составлять необходимые уравнения для решения соответствующих задач.

По учебнику изучать курс рекомендуется по вопросам, приводимым ниже (там же указываются и номера параграфов). При чтении особое внимание следует обратить на формулировки определений, теорем и т.п. (они обычно бывают набраны курсивом). В точных формулировках, как правило, бывает существенно каждое слово и необходимо понять, почему данное положение сформулировано именно так. Однако не следует стараться заучивать формулировки; важно понять их смысл и уметь изложить результат своими словами. То же самое относится и к доказательствам.

При изучении курса особое внимание следует уделить приобретению навыков решения задач. Для этого, изучив материал данной темы, надо сначала обязательно разобраться в решениях соответствующих задач, которые приводятся в учебнике, обратив особое внимание на методические указания по их решению. С целью закрепления полученных знаний можно решить самостоятельно несколько аналогичных задач из сборника И.В. Мещерского. После этого решение соответствующей задачи из контрольного задания не вызовет существенных затруднений.

Указания по выполнению контрольных заданий приводятся ниже после контрольных вопросов, ими следует руководствоваться при решении соответствующих задач. Кроме того, к каждой задаче приводится пример решения.


Содержание заданий, выбор вариантов, порядок выполнения работ


Студенты заочной формы обучения в разделе «Динамика» выполняют контрольную работу №3: задачи Д1, Д2.

К каждой задаче приводятся две таблицы, первая из которых содержит 10 рисунков, а вторая дополнительные к тексту задачи условия. Студент во всех задачах выбирает номер рисунка по предпоследней цифре номера своей зачётной книжки, а номер условия в таблице – по последней. Например, если номер зачётной книжки оканчивается числом 37, то берутся рис.3 и условие №7 из таблиц для каждой из задач.

Контрольные работы выполняются в обычной ученической тетради, страницы которой нумеруются. На обложке разборчиво указываются: вверху номер зачётной книжки, далее номер контрольной работы по дисциплине, специальность, фамилия и инициалы студента, внизу год издания контрольных заданий и адрес студента.

Задачи обязательно начинать на развороте тетради (на чётной странице, начиная со второй, иначе работу трудно проверять). Сверху указывается номер задачи, далее делается чертёж (можно карандашом) и записывается, что в задаче дано и что требуется определить (текст задачи не переписывается). Чертёж выполняется с учётом условий решаемого варианта задачи и должен быть аккуратным и наглядным. Все векторы подписываются, отдельные величины можно выделить цветом (кроме красного). Там, где это требуется, следует изобразить систему координат. Решение задачи необходимо сопровождать краткими пояснениями (какие формулы или теоремы применяются, откуда получаются те или иные результаты и т.п.) и подробно излагать весь ход расчётов. На каждой странице следует оставлять поля для замечаний рецензента.

Работы, не отвечающие всем перечисленным требованиям, проверяться не будут, а будут возвращаться для переделки.

Работу над ошибками (если таковые обнаружены рецензентом) можно проводить в той же тетради на оставшихся чистых листах. К работе, высылаемой на повторную проверку (если она выполнена в другой тетради), должна обязательно прилагаться незачтённая работа. На зачёте или экзамене необходимо представить зачтённые по данному разделу курса работы, в которых все отмеченные рецензентом погрешности должны быть исправлены.

При чтении текста каждой задачи учесть следующее. Во всех задачах рассматриваются твердые недеформируемые тела. В задаче Д1 учитывается сила тяжести. Рисунки условий задач выполнены схематично, без соблюдения масштаба длин и углов, на них все линии, параллельные строкам, считаются горизонтальными, а перпендикулярные строкам – вертикальными. Нити невесомые и нерастяжимые, качение блоков и колес происходит без проскальзывания, трения в шарнирах нет, сопротивление воздуха не учитывается.

Методические указания по решению задач, входящих в контрольные работы, даются для каждой задачи после её текста под рубрикой «Указания», затем приводится пример решения аналогичной задачи. Цель примера – разъяснить ход решения, но не воспроизвести его полностью, поэтому в ряде случаев промежуточные расчёты опускаются. Но при выполнении контрольной работы все преобразования и числовые расчёты должны быть обязательно последовательно проделаны с необходимыми пояснениями; в конце должны быть даны ответы.


Задачи контрольных работ

ЗАДАЧА Д1


Тяжелая шайба массой m, имея в точке А начальную скорость v0, скользит по изогнутой оси и, сорвавшись с неё в точке С, находится некоторое время в свободном полете, а затем ударяется о преграду. На прямолинейном участке пути шайба разгоняется в течении t = t1 переменной силой , направленной под углом ? к перемещению. На криволинейном участке оси, изогнутой по дуге окружности радиуса r = 4 м ( геометрический центр в точке О), действует постоянная сила сопротивления (трения) . Участки оси сопрягаются в точке B без излома, вся траектория находится в вертикальной плоскости.

В каком месте шайба ударится о преграду? (b – ?).

Найти давление шайбы на криволинейный участок оси в точке C (рис. 0,1,2,6,7) или в точке B (рис. 3,4,5,8,9).

Указания. Задача Д1 относится к разделу «Динамика материальной точки». При рассмотрении движения шайбы, принимаемой за материальную точку, по прямолинейному участку пути, следует применить теорему об изменении количества движения точки [1, §§83, 84], [3, §§46, 48]. На криволинейном участке движения по дуге окружности радиуса r используется теорема об изменении кинетической энергии точки [1, §89], [3, §62]. Здесь при выполнении чертежа рекомендуется придерживаться значений углов, указанных в условии задачи, так как это поможет в определении величины вертикального перемещения шайбы на этом участке (геометрически, из соотношений прямоугольного треугольника), а также в определении знака работы силы тяжести. Рассматривая движение в свободном полёте до удара о преграду, необходимо составить два дифференциальных уравнения движения точки в прямоугольной декартовой системе координат с началом в точке С [1, §77], [3, §3], а затем дважды проинтегрировать каждое уравнение [1, §§78, 79], [3, §5]. При определении давления шайбы в указанной точке необходимо применить принцип Даламбера для точки [1, §133], [3, §106] и составить уравнение равновесия приложенных сил в проекции лишь на главную нормаль к траектории движения точки.

Пример Д1.






Рис.1.1. Условие задачи



Найти расстояние b и давление шайбы на ось в точке С.

Решение. Для того, чтобы определить b, надо знать скорость шайбы в точке С. Для этого необходимо сначала рассмотреть движение шайбы по прямолинейному участку пути АВ, а затем по криволинейному ВС.

а) Участок АВ




Рис.1.2. Участок АВ



Изобразим действующие на шайбу силы. В проекции на ось АВ запишем уравнение теоремы об изменении количества движения (G = mg)



Отсюда найдем скорость шайбы в точке В

(vА = v0)





б) Участок ВС


Найдем работу сил, приложенных к шайбе, на участке пути ВС. Сила тяжести совершает работу на перепаде высот между точками С и В. Так как точка перемещается вверх, то работа должна быть меньше нуля. Из чертежа ясно, что работа равна



Рис. 1.3. Участок ВС



Сила трения направлена по касательной к траектории, длина пути (дуга ВС) равна , где – угол в градусах. Теорема об изменении кинетической энергии точки на участке ВС примет вид



Отсюда найдём



в) Участок свободного полета


Рис.1.4. Участок свободного полёта







Составим уравнение движения тела, брошенного под углом к горизонту с начальной скоростью . Начало координат поместим в точке С. Время t будем отсчитывать от нуля. На шайбу действует только одна сила – вертикальная сила тяжести



Проинтегрируем эти уравнения дважды при начальных условиях











Окончательно .









Окончательно .

В некоторый момент шайба ударится о преграду на высоте y = a. Найдем , решив квадратное уравнение





Из двух решений берем меньшее – момент первого пересечения траектории с поверхностью преграды. При = 0.367 имеем




Найдем давление шайбы на ось в точке С, применив принцип Даламбера. Изобразим действующие на шайбу силы и добавим силы инерции (рис. 1.5).







Рис.1.5. Силы, действующие на шайбу в точке С

Спроецируем силы на ось главной нормали к траектории движения , направленную от С к О. Согласно принципу Даламбера, сумма проекций должна быть равна нулю:



– это реакция опоры, следовательно, сила давления шайбы на ось равна 13.28 Н и направлена вверх.











Ответ: b = 4.74 м, N = 13.28 Н.


Таблица 1.1

Варианты рисунков к задаче Д1 (предпоследняя цифра шифра)




Рис. 0




Рис. 1




Рис. 2




Рис. 3






Рис. 4



Рис. 5




Рис. 6




Рис. 7




Рис. 8





Рис. 9


Таблица 1.2

Исходные данные к задаче Д1

Последняя

цифра

шифра



Н



Н



м/с



град



град



град

m

кг

t1

c

а

м

0



5

15

60

45

60

0.5

4

5

1



9

10

75

60

75

0.2

3

2

2



13

12

45

30

45

0.9

2

7

3



14

16

30

15

30

0.4

5

6

4



10

14

90

75

15

0.3

3

9

5



7

11

60

30

60

0.6

4

8

6



11

17

45

15

30

0.8

3

4

7



8

20

75

45

45

0.5

5

10

8



6

14

60

45

15

0.4

3

6

9



15

13

90

60

75

0.3

6

3



ЗАДАЧА Д2


Пользуясь принципом возможных перемещений, для составной конструкции из двух тел, соединённых между собой с помощью шарнира С, определить следующие неизвестные: MA, RB (рис. 0, 3, 6, 9); RA, XD (рис. 1, 4, 7); YA, XB (рис. 2, 5, 8). Схемы конструкций показаны на рис. 0 – 9 таблицы 2.1, а необходимые для решения данные приведены в таблице 2.2.

Указания. Задача Д2 относится к теме «Принцип возможных перемещений» [1, §§138-140], [3, §§113, 114, 116], который позволяет определять составляющие любой реакции связи независимо от других реакций. Это особенно удобно в том случае, когда требуется определить реакции не всех опор, а одной или нескольких.


Пример Д2.


Дано: a = 3 м, F = 40 кН,

Р = 25 кН, q = 12 кН/м,

= 300, = 450.

Найти: реакции опор.


Рис. 2.1. Условие задачи

Решение. Конструкция, состоящая из двух тел АС и ВС, имеет в точке А шарнирно-подвижную опору, а в точке В – жёсткое защемление. Следовательно, реакция в точке А имеет только одну вертикальную составляющую , а реакция заделки – три: горизонтальную составляющую , вертикальную и момент МВ.

Найдём реакцию подвижной опоры А, для чего мысленно отбросим эту связь, заменив её действие реакцией (рис. 2.2). Система получает одну степень свободы – поворот части АС вокруг точки С, при этом часть ВС остаётся неподвижной.


Рис. 2.2. К определению реакции


Разложим силу на горизонтальную и вертикальную составляющие:

кН, кН.

Сообщим системе возможное перемещение (поворот) ??>0. Составим уравнение элементарных работ, выражающее принцип возможных перемещений, учитывая, что работа силы при повороте тела равна произведению момента силы относительно центра вращения на угол поворота и положительна, если направления момента и угла поворота совпадают:



или .

Так как ??>0, то равенство выполняется лишь в том случае, когда выражение в скобках равно нулю. Отсюда

кН.

Для определения горизонтальной составляющей заделки представим опору В в виде ползуна в горизонтальных направляющих и приложим реакцию (рис. 2.3). Равномерно распределённую нагрузку q заменим сосредоточенной силой Q = q·a = 36 кН, а , как и , разложим на горизонтальную и вертикальную составляющие:

кН, кН.




Рис. 2.3. К определению составляющей реакции в точке В


Сообщим всей конструкции направленное влево возможное поступательное перемещение ? s = ?sA = ?sB = ?sC > 0, так как поворот ползуна в направляющих невозможен. Составим уравнение возможных работ, учитывая, что работа силы при поступательном движении тела равна проекции силы на направление перемещения, умноженной на величину перемещения. Знак работы определяется по знаку проекции силы на направление движения. Если сила перпендикулярна направлению смещения, то её работа на этом перемещении равна нулю. Момент при поступательном движении работы не совершает.



или .

Приравнивая нулю выражение в скобках, получим

кН.

Для определения вертикальной составляющей реакции заделки отбросим связь, препятствующую вертикальному перемещению точки В, заменив жёсткую заделку скользящей с вертикальными направляющими и приложим реакцию (рис. 2.4).


Рис. 2.4. К определению составляющей реакции в точке В

Сообщим части ВС возможное перемещение ?s = ?sB = ?sC, направленное вертикально вверх. Тогда другая часть конструкции АС будет совершать плоское движение. Так как перемещение ?sС = ?s в точке С направлено вертикально вверх, а перемещение ?sА точки А – горизонтально (связь опоры А, имеющей реакцию , препятствует её вертикальному перемещению), то мгновенный центр вращения (точка О) тела АС находится на пересечении перпендикуляров к направлениям перемещений в точках А и С. При этом элементарный угол поворота АС вокруг точки О выражается через ?s формулой .

Составим уравнение возможных работ для определения :

,

,

кН.

Знак минус показывает, что вертикальная составляющая заделки направлена в сторону, противоположную направлению, показанному на рис. 2.4.

Для определения момента заделки МВ заменим заделку шарнирно-неподвижной опорой и приложим к конструкции момент МВ (рис. 2.5).





Рис. 2.5. К определению реактивного момента


Сообщим системе возможное перемещение, повернув ВС вокруг шарнира В на возможный угол поворота ??1. Часть АС конструкции в этом случае будет совершать плоское движение вокруг мгновенного центра вращения О, положение которого определяется точкой пересечения перпендикуляров к направлениям смещений в точках А и С. При этом

? ,

, ? .

Составим уравнение возможных работ для определения момента МВ

,

,

кН·м.


Ответ: RA = 53.81 кН, XB = 1.68 кН, YB = – 36.85 кН, MB = – 116.54 кН·м.


Кратко рассмотрим другие варианты возможных перемещений конструкции. При определении горизонтальной и вертикальной составляющих реакции шарнирно-неподвижной опоры её заменяют шарнирно-подвижной опорой (рис. 2.6, а – в). На рис. 2.6,б вся конструкция АВС совершает мгновенно-вращательное движение вокруг центра вращения точки О, совпадающей с точкой В; на рис. 2.6,в балка ВС вращается вокруг точки В, а угольник АС совершает мгновенно-поступательное движение, так как направления перемещений в точках А и С параллельны.




а) схема конструкции б) к определению в) к определению


Рис. 2.6


Таблица 2.1

Варианты рисунков к задаче Д2 (предпоследняя цифра шифра)




Рис. 0





M


Рис. 1




Рис. 2




Рис. 3





Рис. 4





Рис. 5





Рис. 6




Рис. 7





Рис. 8



Рис. 9



Таблица 2.2

Исходные данные к решению задачи Д2

Посл. цифра шифра

a

м

F

кН

P

кН

M

кН·м

q

кН/м





0

5

45

30

35

4

30

45

1

1

5

10

65

2

60

30

2

3

25

15

40

3

45

30

3

8

65

40

100

12

60

60

4

4

30

25

35

10

45

45

5

2

8

20

20

1

30

60

6

6

50

45

75

8

30

30

7

10

80

50

80

18

60

45

8

9

30

70

45

16

45

60

9

7

40

65

50

6

60

30




Нажми чтобы узнать.

Похожие:

Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания по учебной дисциплине «риторика» для студентов заочной формы обучения всех специальностей
Программа, методические указания и контрольные задания по учебной дисциплине «Риторика» / Сост. Н. М. Кривощапова; гуу. – М., 2003....
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconУказания по выполнению контрольной работы по курсу для студентов специальности “Финансы и кредит” заочного отделения, 5 лет обучения
Настоящие контрольные задания подготовлены для студентов дистанционной формы обучения, изучающих курс "Экономический анализ" (часть...
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания по дисциплине концепции современного естествознания для студентов заочной формы обучения всех специальностей
Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Концепции современного естествознания»/Сост.: С. Х. Карпенков:...
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания по учебной дисциплине «Организационное поведение» для студентов заочной формы обучения спец
Программа, методические указания и контрольные задания по учебной дисциплине «Организационное поведение» / Сост. В. Л. Доблаев; гуу....
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconУказания по выполнению контрольной работы по курсу для студентов специальности “Финансы и кредит” заочного отделения
Настоящие контрольные задания подготовлены для студентов дистанционной формы обучения, изучающих курс "Экономический анализ" (часть...
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания для студентов всех специальностей
Рабочая программа предназначена для организации самостоятельной работы по дисциплине «Политология» студентов дистанционной формы...
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания по учебной дисциплине " экология" для студентов заочного обучения всех специальностей
Программа, методические указания и контрольные задания по учебной дисциплине «Экология» / Сост.: А. Г. Лобов,Г. Д., Елистратов,П....
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания для студентов специальности 240304 (250800)«Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры...
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconПрограмма и контрольные задания по дисциплине по выбору: «внешняя политика россии: история и современность» для студентов заочной формы обучения спец
Организационно-методические указания
Методические указания и контрольные задания по теоретической механике для студентов дистанционной формы обучения iconМетодические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения
Отечественная история: рабочая программа, методические указания, контрольные задания для студентов заочного отделения Института геологии...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы