图示平面机构中,杆 O 1 A 以匀角速度 ω 绕定轴 O 1 转动,通过滑块 A 带动杆 O 2 B 绕定轴 O 2 转动, O 1 O 2 = L 。如以滑块 A 为动点,杆 O 2 B 为动系,则图示瞬时滑块 A 的科氏加速度的方向为A. 水平向左B. 水平向右C. A 指向 O 1D. A 指向 O 2
A. 水平向左
B. 水平向右
C. A 指向 O 1
D. A 指向 O 2
题目解答
答案
解析
本题考查科氏加速度的概念及方向判断。解题思路是先明确科氏加速度的计算公式,再分别确定相对速度和牵连角速度的方向,最后根据右手螺旋法则判断科氏加速度的方向。
1. 明确科氏加速度公式
科氏加速度的计算公式为$\vec{a}_C = 2\vec{\omega}_e\times\vec{v}_r$,其中$\vec{\omega}_e$是动系的牵连角速度,$\vec{v}_r$是动点相对于动系的相对速度。
2. 确定牵连角速度$\vec{\omega}_e$的方向
已知杆$O_2B$绕定轴$O_2$转动,根据杆$O_1A$以匀角速度$\omega$绕定轴$O_1$转动带动滑块$A$运动,进而带动杆$O_2B$转动,可知杆$O_2B$的转动方向是垂直纸面向里,所以牵连角速度$\vec{\omega}_e$的方向垂直纸面向里。
3. 确定相对速度$\vec{v}_r$的方向
以滑块$A$为动点,杆$O_2B$为动系,滑块$A$相对于杆$O_2B$的运动是沿杆$O_2B$方向的滑动,从图中可以看出相对速度$\vec{v}_r$的方向是水平向右。
4. 根据右手螺旋法则判断科氏加速度$\vec{a}_C$的方向
右手螺旋法则:右手四指弯曲的方向表示$\vec{\omega}_e\times\vec{v}_r$的叉乘顺序,即先指向$\vec{\omega}_e$的方向,再弯曲到$\vec{v}_r$的方向,此时大拇指所指的方向就是$\vec{\omega}_e\times\vec{v}_r$的方向。
由于$\vec{a}_C = 2\vec{\omega}_e\times\vec{v}_r$,所以$\vec{a}_C$与$\vec{\omega}_e\times\vec{v}_r$方向相同。
按照右手螺旋法则,四指先垂直纸面向里($\vec{\omega}_e$的方向),再弯曲到水平向右($\vec{v}_r$的方向),大拇指指向水平向左,所以科氏加速度$\vec{a}_C$的方向是水平向左。