Абсолютно твердое тело. Движения твердого тела.

Абсолютным твердым телом называется тело, расстояние между произвольными точками которого остается неизменным в процессе движения под действием системы прилагаемых сил. Абсолютное твердое тело может выполнять поступательное и вращательное движения, которые по принципу суперпозиции являются независимыми. Кинематика и динамика поступательного движения рассматривались выше. Характерным для твердого тела является вращательное движение. Вращательное движение твердого тела – это движение, в котором все точки тела двигаются по дугам окружностей, центры которых находятся на одной прямой, являющейся осью вращения. Принципиально важными есть два вида вращательных движения:

1) движение вокруг неподвижной оси – плоское движение (рис. 4.1 а);

2) движение вокруг неподвижной точки (рис. 4.1 б).

Основная задача механики для вращательного движения твердого тела сводится к определению угла или углов его поворота за время движения. Поэтому основным кинематическим параметром вращательного движения является угол поворота твердого тела. Он может быть определенным или как угол φ поворота радиус-вектора произвольной точки твердого тела относительно своего центра поворота О (см. рис. 4.1 а), или как угол φ, созданный полуплоскостью жестко связанной с телом, которая проходит через ось вращения (см. рис. 4.1 а).


Задача решается, как и в случае поступательного движения, путем дифференцирования и введения угловых скорости и ускорения, с последующим интегрированием и поиском первообразной функции φ = φ(t). Угол поворота и другие кинематические характеристики в случае плоского движения могут считаться величинами скалярными или аксиальными векторами, если в этом есть потребность.

Угловые характеристики и их связь с линейными характеристиками движения точек твердого тела и кинематика плоского движения твердого тела отвечает соотношениям (1.13),(1.14), (1.23),...,(1.26) и (1.36), (1.37).

В движении вокруг центра все кинематические характеристики бесконечно малые углы поворота и (см. рис. 4.1 б), угловые скорости

и (4.1)

и ускорение

и (4.2)

являются принципиально векторными характеристиками. Связь угловой скорости вращения твердого тела с линейными скоростями движения точек вокруг собственной оси вращения является также векторным соотношением:

, (4.3)

где и соответственно линейная скорость и радиус-вектор произвольной точки твердого тела проведенный из центра вращения.