Первая или прямая задача:
Известна масса точки и закон ее движения, необходимо найти действующую на точку силу.
m
Вычисляем вторые производные по времени от координат точки, умножаем их на массу и получаем проекции силы на оси координат
Зная проекции силы на оси координат, определяем модуль силы и ее направляющие косинусы:
Пример 1:Движение точки в плоскости xOy определяется уравнениями:
; ; ; время.
Решение: ;
;
; .
- Уравнение траектории в координатной форме (эллипс).
;
Пример 2:Точка, имеющая массу , движется из состояния покоя по окружности радиуса с постоянным касательным ускорением . Определить действующую на точку силу в момент, когда она пройдет по траектории расстояние .
Решение: Применяя дифференциальные уравнения движения точки в проекциях на естественные оси, имеем:
; ; ;
Так как , то ,
; ;
; следовательно ;
; следовательно
Вторая или обратная задача:
Известна масса точки и действующая на точку сила, необходимо определить закон движение этой точки.
Рассмотрим решение этой задачи в декартовой системе координат. Сила зависит от времени, координат точки, ее скорости и других причин.
, ,
Из теории обыкновенных дифференциальных уравнений известно, что решение одного дифференциального уравнения второго порядка содержит две произвольные постоянные. Для случая системы трех обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка имеется шесть произвольных постоянных:
Каждая из координат движущейся точки после интегрирования системы уравнений зависит от времени и всех шести произвольных постоянных, т.е.
К этим уравнениям необходимо добавить начальные условия:
,
,
Используя эти начальные условия можно получить шесть алгебраических уравнений для определения шести произвольных постоянных .