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1、西南大学21春工程力学基础在线作业三满分答案1. 当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误遭，也常采用倾斜式压差计，其结构如当被测压差较小时，为使压差计读数较大，以减小测量中人为因素造成的相对误遭，也常采用倾斜式压差计，其结构如图所示。试求若被测流体压力P1=1.014105Pa(绝压)，P2端通大气，大气压为1.013105Pa，管的倾斜角a=10，指示液为酒精溶液，其密度0=810kg/m3，则读数R为多少厘米?若将右管垂直放置，读数又为多少厘米?(1)由静力学原理可知：P1-P2=0gR pogRsina 将P1=1.014105Pa，P2=1.013105
2、Pa，0=810kg/m3，=10代入得： (2)若管垂直放置，则读数 可见，倾斜角为10时，读数放大了7.3/1.3=5.6倍。 2. 辛烷(C8H18)在95%理论空气量下燃烧。假定燃烧产生物是CO2，CO，H2O，N2的混合物，确定这个燃烧方程，并计算其空气辛烷(C8H18)在95%理论空气量下燃烧。假定燃烧产生物是CO2，CO，H2O，N2的混合物，确定这个燃烧方程，并计算其空气燃料比。辛烷在空气量为理论值时，燃烧反应方程为 C3H18+12.5O2+12.53.76N28CO2+9H2O+47.0N2 则在95%理论空气量下的辛烷燃烧方程可写成 C3H18+0.9512.5O2+0.
3、9512.53.76N2 aCO2+bCO+dH2O+eN2 (1) 代中a，b，d，e为待定系数。 根据氢平衡 2d=18，则d=9 根据氮平衡 e=0.9512.53.76=44.65 根据碳平衡 a+b=8 (2) 根据氧平衡 2a+b+d=0.9512.52=23.75 (3) 联立解式(2)，(3)，得 a=6.75，b=1.25 将a，b，d，e代入燃烧方程(1)，可得辛烷在95%理论空气的方程，即 C8H18+11.875O2+44.65N26.75CO2+1.25CO+9H2O+44.65N2 用摩尔作单位时，空气燃料比为 用质量作单位时 3. 自重900N的滑门吊在轨道上，若
4、A、B两支点与轨道间的摩擦系数分别为0.2和0.3，试计算滑门刚好向右滑动时，作用于自重900N的滑门吊在轨道上，若A、B两支点与轨道间的摩擦系数分别为0.2和0.3，试计算滑门刚好向右滑动时，作用于滑门把手C处的力F。受力分析如图5-34。如果滑门处于平衡状态，由平面任意力系平衡条件 Fix=0：F-FsB-FsA=0 Fiy=0：FNA+FNB-P=0 MA (Fi)=0:FNB150-P75+F150=0 上述三个方程中含有5个未知数，属“静不定”问题。好在题目中给出“滑门刚好向右滑动”的条件，故可补充方程FsB=fBFNB，FsA=fAFNA，解得 考核会不会出现“单点”接触的情况(类
5、似于倾翻问题)，其临界条件为FNB=0。由MA(Fi)=0，有 解得 F=450N204N 这说明，在“单点”接触前，吊门已开始滑动。 4. 有一个充满电介质的平板电容器，电介质的介电常数按规律变化，式中a是两板间的距离，x轴的方向与平板垂直，平有一个充满电介质的平板电容器，电介质的介电常数按规律变化，式中a是两板间的距离，x轴的方向与平板垂直，平板的面积为S，忽略边缘效应，如果两极的电势差为V，求该电容器的电容C和板上束缚电荷的分布。如图所示选取坐标， 令x=a处为电势零点，则 设极板上的自由电荷为Q，则其面密度 这样 故电容器电容 因 D=e0E+P 故 束缚电荷面密度 P=en(P1-P
6、2) 对于x=0面 x=a面 束缚电荷的体密度 5. 作图(a)所示简支梁的内力图 利用整体平衡条件：作图(a)所示简支梁的内力图利用整体平衡条件：(1)求支座反力 X=0， XA=0 MA=0, 161+444-YB8=0， YB=10kN() MB=0，YA8-167-444=0, YA=22kN() Y=0， 22-16-44+10=0 (2)作剪力图 用截面法计算控制截面内力。控制截面有A、B、C、D、E等荷载不连续点，将梁AB分成四段：AC、CD、EB段无荷载，Q图为水平线，用一个值就可确定；DE段内有分布荷载，Q图为斜直线，用两个值就可确定。 QA=QC左=YA=22kN QC右=
7、QD=YA-P=22-16=6kN QE=QB=-YB=-10kN 作Q图 先作Q图横坐标轴AB(图(b)，在横坐标轴上各相应位置标注控制截面(A、C、D、E、B)，在A点和C坐点的坐标轴上面取22kN为纵坐标，得到A1点和C1点；在C右和D点的坐标轴上面取6kN为纵坐标，得到C2点和D1点；在E点和B点的坐标轴下面取10kN为纵坐标，得到E1和B1点。将各纵坐标A1C1、C2D1、D1E1、E1B1连以直线，在坐标轴上面注明正号，在坐标轴下面注明负号，即得剪力图。剪力图见图(b)。 (3)作M图 用截面法计算控制截面弯矩。仍选A、B、C、D、E为控制截面，各控制截面弯矩值为： MA=0 MC
8、=221=22kNm(下边受拉) MD=222-161=28kNm(下边受拉) ME=102=20kNm(下边受拉) MB=0 作M图 在横坐标轴上各控制截面A、C、D、E、B下方标注各相应截面弯矩的纵坐标值0、22、28、20、0，它们对应的点为A1、C1、D1、E1、B1，见图(c)。 在梁上无荷载段，即AC、CD、EB段，将A1C1、C1D1、E1B1分别连以直线，即得这些段的弯矩图。 在梁上有均布荷载段的DE段，弯矩图为抛物线。抛物线应根据三个纵坐标定出。现已有D1和E1点，在D1和E1之间所缺少的一个纵坐标值，可取DE段中点F的弯矩值，也可取DE之间的Mmax值，现分别计算如下： D
9、E段中点MF值： MF=224-163-421=32kNm(下边受拉) Mmax值： Mmax发生在的截面，设该截面为G，先利用AG隔离体平衡(图(d)，计算Q=0截面(即G点)的位置。 QG=22-16-qx=0 得到MF值和Mmax值后，就可在横坐标轴上F点下面取纵坐标为32kNm，得到F1点，或在横坐标轴上G点下面取纵坐标为32.5kNm，得到G1点。将D1、F1、E1三点或D1、G1、E1三点连成一抛物线，即得DE段的弯矩图。 AB梁的弯矩图见图(c)。 (4)内力图形状特征的校核 由图(a)、(b)、(c)给出的荷载图、Q图和M图分析：AC、CD、EB都是无荷载段，剪力图是水平线，弯
10、矩图是斜直线；在P作用点C，剪力值有突变，突变值为P值，弯矩图在C两侧斜率不等，形成尖点，尖角指向同P方向；DE段有均布荷载q，剪力图是斜直线，斜率值即q值，弯矩图是二次抛物线，注意在D1和E1点直线和曲线之间为光滑过渡。 还可看出弯矩图切线斜率的数值和方向，与剪力图的剪力值和符号是一致的，M图曲线的凸向与q的指向相同。 6. 试证明：在洛伦兹变换下， (1) dxdx是不变式； (2)是不变式。试证明：在洛伦兹变换下，(1) dxdx是不变式；(2)是不变式。由洛伦兹变换满足 x=avxv 而a满足aa= 由此得 dxdx=adxadx=aadxdx=dxdx=dxdx=dxdx(求和符号可
11、任意改变角标) 即dxdx是不变式。 (2) 令f为任意可微函数 令xy=ax，代入上式，得 与(1)中方法相同，利用可得 即是洛伦兹不变算符。 7. 气缸中0.1kg的空气初参数是300K、100kPa，被等温压缩到 250kPa，求过程热量和功。气缸中0.1kg的空气初参数是300K、100kPa，被等温压缩到250kPa，求过程热量和功。Q=W=-7.89 kJ。8. 进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选用的准则是 A雷诺准则；B弗劳德准则；C欧拉准则；D韦伯准则。进行水力模型实验，要实现有压管流的动力相似，应选用的准则是A雷诺准则；B弗劳德准则；C欧拉准则；D韦伯准则。A9
12、. 弯曲正应力在横截面上沿高度的分布是( )。A.线性、上下边缘大、中性轴为零B.线性、下边缘小、上边缘大C.线性、上下边缘小、中性轴大D.线性、下边缘大、上边缘小参考答案：A10. 设A和是满足洛伦兹规范的矢势和标势。 (1) 引入一矢量函数z(x，t)(赫兹矢量)，若令=Z，证明。 (2) 若令=-设A和是满足洛伦兹规范的矢势和标势。(1) 引入一矢量函数z(x，t)(赫兹矢量)，若令=Z，证明。(2) 若令=-P证明Z满足方程，写出在真空中的推迟解。(3) 证明E和B可通过Z用下列公式表出：A和满足洛仑兹规范 有 引入赫兹矢量Z(x，t)，令=-Z，代入上式中 有 (f)=0，即一个矢量
13、场旋度的散度为零。 对应上式可知，由式确定的矢量场不唯一，可以相差一个f，令f为零，可以得到 (2) 在洛仑兹规范下，标势的方程可写为 将=-Z，=-P代入上式，有 即 与的形式相比较， (3) 将=-Z，代入，有 由有 代入上式，有 11. 某不可压缩流体三元流动，已知x=x2+y2+x+y+2，y=y2+2yz，并设z(x，y，0)=0。根据连续条件求z。某不可压缩流体三元流动，已知x=x2+y2+x+y+2，y=y2+2yz，并设z(x，y，0)=0。根据连续条件求z。z=-z2(x+y)+z+1。12. 在工程流体力学或水力学中，以下为基本量纲的是( )。A.质量量纲MB.长度量纲LC.时间量纲TD.流量量在工程
