Engineering Mechanics: Dynamics

Front Cover......Page 1
Title Page......Page 6
Copyright......Page 7
Contents......Page 10
Preface to the SI Edition......Page 14
Preface......Page 16
11.1 Introduction......Page 18
11.2 Derivatives of Vector Functions......Page 20
b. Velocity......Page 21
a. Scope of Newtonian mechanics......Page 22
c. Inertial reference frames......Page 23
e. Mass, force, and weight......Page 24
f. Conversion of units......Page 25
g. Law of gravitation......Page 26
Sample Problem 11.2......Page 27
Review of Equations......Page 28
Problems......Page 29
12.1 Introduction......Page 32
12.2 Kinematics......Page 33
a. Plane motion......Page 34
b. Rectilinear motion......Page 35
Sample Problem 12.1......Page 36
Sample Problem 12.2......Page 37
Sample Problem 12.3......Page 38
Sample Problem 12.4......Page 39
Problems......Page 40
a. Equations of motion......Page 44
b. Free-body and mass-acceleration diagrams......Page 45
b. Determination of velocity and position......Page 46
Sample Problem 12.5......Page 49
Sample Problem 12.6......Page 50
Sample Problem 12.7......Page 51
Sample Problem 12.8......Page 52
Sample Problem 12.9......Page 54
Problems......Page 56
b. General curvilinear motion......Page 61
Sample Problem 12.10......Page 62
Sample Problem 12.11......Page 63
Sample Problem 12.12......Page 65
Sample Problem 12.13......Page 67
Problems......Page 69
12.6 Analysis of Motion by the Area Method......Page 73
Sample Problem 12.14......Page 75
Sample Problem 12.15......Page 76
Problems......Page 80
Review of Equations......Page 82
Review Problems......Page 83
13.1 Introduction......Page 86
a. Plane motion......Page 87
b. Space motion......Page 90
Sample Problem 13.1......Page 91
Sample Problem 13.2......Page 92
Sample Problem 13.3......Page 93
Sample Problem 13.4......Page 94
Problems......Page 96
a. Plane motion (polar coordinates)......Page 99
b. Space motion (cylindrical coordinates)......Page 102
Sample Problem 13.5......Page 103
Sample Problem 13.6......Page 104
Sample Problem 13.7......Page 105
Sample Problem 13.8......Page 106
Problems......Page 108
a. Path (n-t) coordinates......Page 112
b. Cylindrical coordinates......Page 113
Sample Problem 13.9......Page 114
Sample Problem 13.10......Page 115
Sample Problem 13.11......Page 116
Sample Problem 13.12......Page 117
Sample Problem 13.13......Page 118
Problems......Page 121
Review of Equations......Page 129
Review Problems......Page 130
14.1 Introduction......Page 134
a. Definition of work......Page 135
c. Work of a central force......Page 137
14.3 Principle of Work and Kinetic Energy......Page 139
Sample Problem 14.1......Page 141
Sample Problem 14.2......Page 142
Sample Problem 14.3......Page 144
Problems......Page 146
14.4 Conservative Forces and the Conservation of Mechanical Energy......Page 150
a. Conservative forces and potential energy......Page 151
b. Conservation of mechanical energy......Page 152
c. Computation of potential energy......Page 153
Sample Problem 14.4......Page 155
Sample Problem 14.5......Page 156
Problems......Page 157
14.5 Power and Efficiency......Page 161
Sample Problem 14.6......Page 162
Sample Problem 14.7......Page 163
Problems......Page 165
b. Momentum of a particle and momentum diagrams......Page 167
d. Impulse-momentum principle......Page 168
e. Conservation of momentum......Page 169
Sample Problem 14.8......Page 170
Sample Problem 14.9......Page 171
Problems......Page 172
a. Angular impulse of a force......Page 175
b. Angular momentum of a particle......Page 176
c. Moment-angular momentum relationship......Page 177
e. Conservation of angular momentum......Page 178
Sample Problem 14.10......Page 179
Sample Problem 14.11......Page 180
Problems......Page 181
a. Central-force motion......Page 185
b. Motion under gravitational attraction......Page 186
c. Equation of the trajectory......Page 187
d. Classification of trajectories......Page 189
e. Properties of elliptical orbits......Page 190
Sample Problem 14.12......Page 192
Problems......Page 193
Review of Equations......Page 196
Review Problems......Page 197
15.1 Introduction......Page 202
a. Relative motion......Page 203
b. Translating reference frame......Page 204
Sample Problem 15.1......Page 205
Problems......Page 207
15.3 Kinematics of Constrained Motion......Page 209
Sample Problem 15.2......Page 211
Sample Problem 15.3......Page 212
Problems......Page 213
a. Motion of the mass center......Page 215
b. Solving equations of motion of individual particles......Page 218
Sample Problem 15.4......Page 220
Sample Problem 15.5......Page 221
Sample Problem 15.6......Page 223
Sample Problem 15.7......Page 224
Problems......Page 226
a. Work done on a system of particles......Page 231
b. Work of internal forces......Page 232
d. Conservation of mechanical energy......Page 233
c. Impulse-momentum principle......Page 234
a. Angular momentum......Page 235
b. Moment-angular momentum relationship......Page 236
d. Conservation of angular momentum......Page 237
Sample Problem 15.8......Page 238
Sample Problem 15.9......Page 239
Sample Problem 15.10......Page 241
Sample Problem 15.11......Page 243
Problems......Page 245
15.8 Plastic Impact......Page 251
15.9 Impulsive Motion......Page 253
Sample Problem 15.12......Page 255
Sample Problem 15.13......Page 258
Problems......Page 261
15.10 Elastic Impact......Page 265
Sample Problem 15.14......Page 267
Sample Problem 15.15......Page 268
Sample Problem 15.16......Page 270
Problems......Page 272
a. Control volume......Page 274
b. Impulse-momentum principle......Page 275
c. Deflection of a steady fluid stream......Page 276
d. Rocket propulsion......Page 277
Sample Problem 15.17......Page 278
Sample Problem 15.18......Page 280
Problems......Page 281
Review of Equations......Page 284
Review Problems......Page 286
16.1 Introduction......Page 290
16.2 Plane Angular Motion......Page 292
16.3 Rotation about a Fixed Axis......Page 295
Sample Problem 16.1......Page 297
Sample Problem 16.2......Page 298
Sample Problem 16.3......Page 300
Problems......Page 302
16.4 Relative Motion of Two Points in a Rigid Body......Page 304
16.5 Method of Relative Velocity......Page 305
Sample Problem 16.4......Page 309
Sample Problem 16.5......Page 310
Sample Problem 16.6......Page 312
Problems......Page 315
16.6 Instant Center for Velocities......Page 318
Sample Problem 16.7......Page 321
Sample Problem 16.8......Page 322
Sample Problem 16.9......Page 323
Problems......Page 325
16.7 Method of Relative Acceleration......Page 329
Sample Problem 16.10......Page 332
Sample Problem 16.11......Page 333
Sample Problem 16.12......Page 336
Problems......Page 339
b. Absolute and relative time derivatives of vectors......Page 343
d. Relationships between absolute and relative derivatives......Page 344
f. Note on general motion......Page 345
16.9 Motion Relative to a Rotating Reference Frame......Page 346
Sample Problem 16.13......Page 350
Sample Problem 16.14......Page 353
Problems......Page 358
16.10 Method of Constraints......Page 361
Sample Problem 16.15......Page 363
Sample Problem 16.16......Page 364
Problems......Page 366
Review of Equations......Page 369
Review Problems......Page 370
17.1 Introduction......Page 374
b. Radius of gyration......Page 375
c. Parallel-axis theorem......Page 376
d. Method of composite bodies......Page 378
Sample Problem 17.1......Page 379
Sample Problem 17.2......Page 381
Problems......Page 383
a. General motion......Page 385
b. Plane motion......Page 387
b. General motion......Page 388
a. General plane motion......Page 390
b. Translation......Page 391
d. Systems of connected rigid bodies......Page 392
Sample Problem 17.3......Page 394
Sample Problem 17.4......Page 396
Sample Problem 17.5......Page 397
Sample Problem 17.6......Page 399
Sample Problem 17.7......Page 401
Sample Problem 17.8......Page 403
Sample Problem 17.9......Page 405
Problems......Page 407
17.6 Differential Equations of Motion......Page 415
Sample Problem 17.10......Page 418
Sample Problem 17.11......Page 420
Problems......Page 422
Review of Equations......Page 427
Review Problems......Page 428
18.1 Introduction......Page 432
a. Work......Page 433
b. Power......Page 434
a. General motion......Page 435
b. Plane motion......Page 437
Sample Problem 18.1......Page 438
Sample Problem 18.2......Page 439
Sample Problem 18.3......Page 440
Problems......Page 442
18.4 Work-Energy Principle and Conservation of Mechanical Energy......Page 446
Sample Problem 18.4......Page 448
Sample Problem 18.5......Page 449
Sample Problem 18.6......Page 450
Problems......Page 453
18.5 Momentum Diagrams......Page 459
a. Impulse-momentum relations......Page 461
b. Conservation of momentum......Page 462
Sample Problem 18.7......Page 463
Sample Problem 18.8......Page 464
Sample Problem 18.9......Page 465
Sample Problem 18.10......Page 467
Sample Problem 18.11......Page 469
Problems......Page 471
18.7 Rigid-Body Impact......Page 476
Sample Problem 18.12......Page 477
Sample Problem 18.13......Page 480
Problems......Page 483
Review of Equations......Page 486
Review Problems......Page 487
19.1 Introduction......Page 492
a. Relative motion of two points in a rigid body......Page 493
c. Instant axis of rotation......Page 495
Sample Problem 19.1......Page 497
Sample Problem 19.2......Page 498
Sample Problem 19.3......Page 499
Sample Problem 19.4......Page 501
Problems......Page 504
a. Angular momentum......Page 508
b. Inertial properties......Page 509
c. Rectangular components of angular momentum......Page 512
d. Impulse-momentum principles......Page 513
a. Kinetic energy......Page 514
b. Work-energy principle and the conservation of mechanical energy......Page 516
Sample Problem 19.5......Page 517
Sample Problem 19.6......Page 518
Sample Problem 19.7......Page 522
Problems......Page 524
a. Equations of motion......Page 528
c. Modified Euler’s equations......Page 530
d. A note on angular acceleration......Page 531
f. Rotation about a fixed axis......Page 533
Sample Problem 19.8......Page 534
Sample Problem 19.9......Page 535
Sample Problem 19.10......Page 538
Problems......Page 541
19.6 Motion of an Axisymmetric Body......Page 544
a. Euler’s angles and angular velocity......Page 545
c. Steady precession......Page 546
d. Torque-free motion......Page 547
e. Gyroscopes......Page 549
Sample Problem 19.11......Page 551
Sample Problem 19.12......Page 553
Sample Problem 19.13......Page 554
Problems......Page 557
Review of Equations......Page 562
20.1 Introduction......Page 564
a. Undamped free vibrations......Page 565
b. Damped free vibrations......Page 568
Sample Problem 20.1......Page 572
Sample Problem 20.2......Page 573
Sample Problem 20.3......Page 574
Sample Problem 20.4......Page 576
Problems......Page 577
a. Harmonic forcing function......Page 582
b. Harmonic support displacement......Page 584
Sample Problem 20.5......Page 586
Sample Problem 20.6......Page 588
Problems......Page 590
20.4 Rigid-Body Vibrations......Page 595
Sample Problem 20.7......Page 598
Problems......Page 600
a. Energy method......Page 604
b. Rayleigh’s principle......Page 605
Sample Problem 20.9......Page 607
Problems......Page 609
Review of Equations......Page 612
Review Problems......Page 613
Appendix D: Proof of the Relative Velocity Equation for Rigid-Body Motion......Page 616
E.2 Numerical Methods......Page 618
E.3 Application of MATLAB......Page 619
E.4 Linear Interpolation......Page 622
F.2 Review of Mass Moment of Inertia......Page 624
F.3 Moments of Inertia of Thin Plates......Page 625
F.4 Mass Moment of Inertia by Integration......Page 626
F.5 Mass Products of Inertia Parallel-Axis Theorems......Page 633
F.6 Products of Inertia by Integration Thin Plates......Page 634
F.7 Inertia Tensor Moment of Inertia about an Arbitrary Axis......Page 635
F.8 Principal Moments and Principal Axes of Inertia......Page 636
Answers to Even-Numbered Problems......Page 650
Index......Page 658