Методы решения физико-математических задач

Задачи по теоретической механике с подробными решениями

Примеры решений задач по теоретической механике
Здесь собраны основные примеры задач с решениями по теоретической механике. Рядом с условием задачи приводится ссылка на страницу с ее подробным решением и ответом. Задачи охватывают следующие разделы технической и теоретической механики: статика, кинематика, динамика материальной точки и системы тел.

Подробные решения задач по теоретической механике

Здесь приводятся условия задач по теоретической механике, имеющие подробные решения с ответами. Задачи сгруппированы по основным разделам теоретической механики: статика, кинематика и динамика. Чтобы посмотреть решение, нажмите на соответствующую ссылку в конце условия.

Статика

Условия задач

Условие задачи

Найти графическим способом реакции опор балки AB, на которую действует сила P, приложенная в точке C.
Дано: P = 55 kH,   AB = 10 м,   AC = 7 м,   BC = 3 м.

Решение

Определение реакций опор твердого тела - условие задачи.

Найти реакции опор для того способа закрепления, при котором момент MA в опоре A имеет наименьшее значение.
Решение
Определение реакций опор балки - условие задачи.

Найти реакции опор балки.
Решение
Определение реакций опор составной конструкции - условие задачи.

Найти реакции опор составной конструкции.
Решение
Равновесие плиты в трехмерном пространстве, поддерживаемое системой стержней - условие задачи.

Определить реакции стержней, поддерживающих тонкую однородную прямоугольную плиту в трехмерном пространстве.
Решение

Кинематика

Кинематика материальной точки

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям ее движения

Дано:   Уравнения движения точки:   x = 12 sin(πt/6), см;   y = 6 cos2(πt/6), см.

Установить вид ее траектории и для момента времени t = 1 с найти положение точки на траектории, ее скорость, полное, касательное и нормальное ускорения, а также радиус кривизны траектории.

Решение задачи

Поступательное и вращательное движение твердого тела

Условие задачи

Дано:
t = 2 с; r1 = 2 см, R1 = 4 см; r2 = 6 см, R2 = 8 см; r3 = 12 см, R3 = 16 см; s5 = t3 – 6t (см).

Определить в момент времени t = 2 скорости точек A, C; угловое ускорение колеса 3; ускорение точки B и ускорение рейки 4.

Решение

Кинематический анализ плоского механизма

Рисунок к условию задачи

Плоский механизм состоит из стержней 1, 2, 3, 4 и ползуна E. Стержни соединены с помощью цилиндрических шарниров. Точка D расположена в середине стержня AB.
Дано: ω1, ε1.
Найти: скорости VA, VB, VD и VE; угловые скорости ω2, ω3 и ω4; ускорение aB; угловое ускорение εAB звена AB; положения мгновенных центров скоростей P2 и P3 звеньев 2 и 3 механизма.

Решение

Определение абсолютной скорости и абсолютного ускорения точки

Условие задачи

Прямоугольная пластина вращается вокруг неподвижной оси по закону   φ = 6t 2 – 3t 3 . Положительное направление отсчета угла φ показано на рисунках дуговой стрелкой. Ось вращения OO 1 лежит в плоскости пластины (пластина вращается в пространстве).

По пластине вдоль прямой BD движется точка M . Задан закон ее относительного движения, т. е. зависимость   s = AM = 40(t – 2t 3) – 40   (s - в сантиметрах, t - в секундах). Расстояние b = 20 см. На рисунке точка M показана в положении, при котором   s = AM > 0 (при   s < 0 точка M находится по другую сторону от точки A).

Найти абсолютную скорость и абсолютное ускорение точки M в момент времени   t 1 = 1 с.

Решение задачи

Динамика

Интегрирование дифференциальных уравнений движения материальной точки, находящейся под действием постоянных сил

Условие задачи на интегрирование ДУ движения точки, находящейся под действием постоянных сил
Рисунок к условию задачи.

Груз S, рассматриваемый как материальная точка массы m = 5кг, движется по шероховатой поверхности от точки A до точки B, в которой отрывается от поверхности и продолжает движение в воздухе до падения на наклонную поверхность в точке C. Движение происходит в плоскости рисунка.

В точке A, груз имел скорость vA = 1 м/с. Скорость в точке B: vB = 4 м/с. Участок AB представляет собой плоскую поверхность с углом наклона α = 30° к горизонту. На участке AB, кроме силы тяжести и силы трения, на груз действует постоянная сила Q = 10 Н, направленная под углом φ = 45° к поверхности. Коэффициент трения f = 0,1.

На участке BC, груз движется под действием только силы тяжести. Сопротивлением воздуха пренебречь. Поверхность, на которую падает груз, является плоской с углом наклона β = 15° к горизонту (см. рисунок). Точка D расположена ниже точки B на расстояние |BD| = h = 1 м.

Найти: Время движения tAB на участке AB; длину этого участка; время падения tBC от точки B к точке C; расстояние |DC|; уравнение траектории BC.

Решение задачи

Интегрирование дифференциальных уравнений движения материальной точки, находящейся под действием переменных сил

Условие задачи на интегрирование ДУ движения точки, находящейся под действием переменных сил
Рисунок к условию задачи.

Груз D массой m, получив в точке A начальную скорость V0, движется в изогнутой трубе ABC, расположенной в вертикальной плоскости. На участке AB, длина которого l, на груз действует постоянная сила T(ее направление показано на рисунке) и сила R сопротивления среды (модуль этой силы R = μV2, вектор R направлен противоположно скорости V груза).

Груз, закончив движение на участке AB, в точке B трубы, не изменяя значения модуля своей скорости, переходит на участок BC. На участке BC на груз действует переменная сила F, проекция Fx которой на ось x задана.

Считая груз материальной точкой, найти закон его движения на участке BC, т.е. x = f(t), где x = BD. Трением груза о трубу пренебречь.

Решение задачи

Теорема об изменении кинетической энергии механической системы

Условие задачи - теорема об изменении кинетической энергии
Рисунок к условию задачи.

Механическая система состоит из грузов 1 и 2, ступенчатого шкива 3, блока 4 и подвижного блока 5. Заданы радиусы ступеней и радиусы инерции шкива 3 и блока 4. Блок 5 считать сплошным однородным цилиндром. Коэффициент трения груза 2 о плоскость f = 0,1. Тела системы соединены друг с другом нитями, перекинутыми через блоки и намотанными на шкив 3. Участки нитей параллельны соответствующим плоскостям. К подвижному блоку 5 прикреплена пружина с коэффициентом жесткости с.

Под действием силы F = f(s), зависящей от перемещения s точки ее приложения, система приходит в движение из состояния покоя. Деформация пружины в момент начала движения равна нулю. При движении на шкив 3 действует постоянный момент M сил сопротивления (от трения в подшипниках).

Заданы массы тел m1, m2, m3 , m4, m5, коэффициент жесткости пружины c, зависимость силы от перемещения F = f(s), величина момента M.

Определить значение центра масс тела 5 VC5 в тот момент времени, когда перемещение s груза 1 станет равным s1 = 0,2 м.

Решение задачи

Применение общего уравнения динамики к исследованию движения механической системы

Рисунок к условию задачи
Механическая система

Механическая система состоит из однородных ступенчатых шкивов 1 и 2, обмотанных нитями, грузов 3-6, прикрепленных к этим нитям, и невесомого блока. Система движется в вертикальной плоскости под действием сил тяжести и пары сил с моментом M = 10 Н·м, приложенной к шкиву 1. Заданы радиусы ступеней шкивов, их радиусы инерции относительно осей вращения, а также веса шкивов и грузов. Грузы, веса которых равны нулю, на чертеже не изображать.

Пренебрегая трением, определить ускорение груза 5.

Решение

Применение принципа Даламбера к определению реакций опор вращающегося тела

Условие задачи. Определение реакций вращающегося вала.
Рисунок к условию задачи.

Вертикальный вал AK, вращающийся равномерно с угловой скоростью ω = 10 с-1, закреплен подпятником в точке A и цилиндрическим подшипником в точке K.

К валу жестко прикреплены невесомый стержень 1 длиной l1 = 0,3 м, на свободном конце которого расположен груз массой m1 = 4 кг, и однородный стержень 2 длиной l2 = 0,6 м, имеющий массу m2 = 8 кг. Оба стержня лежат в одной вертикальной плоскости. Точки прикрепления стержней к валу, а также углы α и β заданы. Размеры AB=BD=DE=EK=b, где b = 0,4 м. Груз принять за материальную точку.

Пренебрегая массой вала, определить реакции подпятника и подшипника.

Решение

 


Меню