рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Сопоставление этого выражения с (1.25) дает, что

Сопоставление этого выражения с (1.25) дает, что - раздел Экономика, Кинематика материальной точки , ...

, , . (1.26)

Таким образом, компоненты ускорения равны вторым производным соответствующих координат по времени.

При движении в одну и туже сторону по прямолинейной траектории скорость изменяется только по модулю. Следовательно, ускорение должно определяться значением -производной модуля скорости по времени.

 

ЛЕКЦИЯ 2

КИНЕМАТИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

При вращении твердого тела все его точки движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения. Окружности, по которым движутся точки тела, лежат в плоскостях, перпендикулярных к этой оси.

Быстроту вращения естественно характеризовать углом, на который поворачивается тело в единицу времени. Если за равные, сколь угодно малые промежутки времени Dt тело поворачивается на одинаковые углы Dj, вращение называется равномерным. Пусть равномерно вращающееся тело поворачивается за время t на угол j. Тогда величина

(2.1)

определит угол поворота в единицу времени. Эту величину называют угловой скоростью тела (точнее, эта величина есть модуль угловой скорости, сама угловая скорость – вектор). При неравномерном вращении выражение (1.1) дает среднее значение угловой скорости за промежуток времени t. Мгновенное значение угловой скорости определяется выражением

(2.2)

где Dj - угол, на который поворачивается тело за время Dt.

Чтобы охарактеризовать не только быстроту вращения, но также и ориентацию оси вращения в пространстве и направление вращения, вводят векторную величину w, модуль которой определяется формулой (2.2). Направлен вектор w вдоль оси вращения, причем так, что направление вращения и направление w образуют правовинтовую систему: если смотреть вслед вектору w, вращение представляется происходящим по часовой стрелке (рис.2.1). Определенная таким образом векторная величина w называется угловой скоростью тела. Поскольку направление угловой скорости определяется условно, w является псевдовектором. Единицей угловой скорости служит радиан в секунду (рад/с).

 
 

Изменение угловой скорости со временем характеризуется векторной величиной

e===, (2.3)

которая называется угловым ускорением. Как и угловая скорость, угловое ускорение является псевдовектором.

Если направление оси вращения в пространстве не изменяется, вектор w может изменяться только по модулю. В этом случае векторы w и e коллинеарны, причем направлены в одну и ту же сторону, если вращение ускоренное, и в противоположные стороны, если вращение замедленное.

При неизменном направлении оси вращения модуль углового ускорения определяется формулой

e= (2.4)

(модуль вектора всегда положителен, производная же dw/dt может быть как положительной, так и отрицательной). Нетрудно сообразить, что сама производная dw/dt представляет собой проекцию углового ускорения на направление угловой скорости:

(2.5)

Отметим, что при поворотах оси вращения угловое ускорение e отлично от нуля даже в том случае, когда dw/dt=0.

Угловое ускорение измеряется в радианах в секунду за секунду (рад/с2).

Найдем связь векторов w и e с величинами v и а, которые, чтобы отличить от угловых называют линейными скоростью и ускорением. Из рис. 2.1 следует, что точка тела, отстоящая от оси вращения на расстоянии R, при повороте тела на угол Dj проходит путь Ds=RDj. Разделив Ds на время Dt, за которое произошел поворот тела на угол Dj, и осуществив предельный переход, получим модуль линейной скорости точки:

.

Таким образом, мы нашли связь между модулями линейной и угловой скоростей:

v=wR (2.6)

Будем определять положение точек тела с помощью радиус-вектора r, проведенного из точки О, лежащей на оси вращения. На рис. 2.2 видно, что R=r sinb. Подстановка этого значения в (2.6) дает

v=wrsinb

Это равенство и показанные на рис. 2.2 взаимные направления векторов w, r, и v дают основание представить v в виде векторного произведения w на r:

 
 

v= (2.7)

Движение по криволинейной траектории

При равномерном движении по криволинейной траектории =0, так что скорость изменяется только по направлению. Легко сообразить, что направление скорости будет изменяться тем быстрее, чем больше кривизна траектории и чем быстрее движется частица.

Представив скорость в виде

v=vev (2.8)

(ev-орт скорости v), рассмотрим два частных случая; 1) движение по прямолинейной траектории и 2) равномерное движение по окружности.

1. При прямолинейном движении ev=const, изменяется только v, поэтому

а=еv (2.9)

Из этого выражения следует, что в случае, когда скорость со временем увеличивается (т.е. ), ускорение направлено так же, как скорость, а модуль ускорения равен . Если же скорость со временем уменьшается (т.е. <0), направление ускорения противоположно направлению скорости, а модуль ускорения равен (напомним, что модуль вектора должен быть положительным).

2. При равномерном движении по окружности v=const, изменяется только еv, поэтому

а=v. (2.10)

Из рис.2.3 следует, что за время Dt орт скорости поворачивается на угол Dj=vDt/R и получает приращение Dеv. По определению производной

. (2.11)

При Dt®0 будет стремиться к нулю и угол Dj. Поэтому, заменив хорду АВ на рис.2.3 б соответствующей дугой, можно положить |Dеv| приближенно равным Dj (напомним, что стороны треугольника ОА и ОВ равны единице). При Dt®0 отношение хорды к дуге будет стремиться к единице.

 
 

Приняв |Dеv|»Dj, можно написать, что Dеv»Dj×nI, где nI-единичный вектор, имеющий такое же направление, как и Dеv. При предельном переходе этот единичный вектор превращается в n– орт нормали к траектории в той точке, в которой была частица в момент t. Подставив полученное значение Dеv в формулу (2.11) и приняв во внимание, что Dj=vDt/R, получим

.

Как мы и предполагали, быстрота поворота вектора скорости (т.е. поворота еv) оказалась пропорциональной модулю скорости и кривизне траектории. (В случае окружности кривизна траектории характеризуется величиной, обратной радиусу.)

Подставив найденное значение в формулу (2.9), получим, что

аn= (2.12)

Таким образом, при равномерном движении по окружности ускорение определяется выражением (2.12). Направлено ускорение по нормали к скорости. Поэтому его называют нормальным ускорением и в обозначении его ставят индекс n.

Каждой точке произвольной искривленной линии можно сопоставить окружность, которая сливается с линией на бесконечно малом участке (рис.2.4).

 
 

Радиус этой окружности характеризует кривизну линии в данной точке и называется радиусом кривизны.

Если частица движется равномерно по произвольной криволинейной траектории, ускорение также определяется формулой (2.12), причем под r подразумевается радиус кривизны траектории в той точке, где находится в данный момент частица.

При неравномерном движении частицы по криволинейной траектории оба множителя в формуле (2.8) изменяются со временем. Применив правило дифференцирования произведения двух функций, получим выражение

а=,

из которого следует, что в общем случае ускорение распадается на два слагаемых. Одно из них, как мы выяснили ранее, коллинеарно скорости и, следовательно направлено по касательной к траектории. Поэтому его называют тангенцальным (т.е. касательным) ускорением и обозначают аi. Второе является нормальным ускорением.

Итак,

а=аi+аn= (2.13)

(обычно вместо еv пишут i - орт касательной, однако мы предпочитаем писать еv, чтобы подчеркнуть, что это орт скорости). Первое слагаемое характеризует быстроту изменения модуля скорости. Второе слагаемое – быстроту изменения направления скорости.

Составляющие аi и аn перпендикулярны друг к другу. Поэтому квадрат модуля ускорения равен сумме квадратов модулей составляющих

а=. (2.14)

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Кинематика материальной точки

Кинематика материальной точки Механическое движение Материальной точкой называют тело.. Продифференцировав соотношение по времени получим..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Сопоставление этого выражения с (1.25) дает, что

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Механическое движение
Движением в широком смысле слова называется всякое изменение вообще. Простейшей формой движения является механическое движение, которое заключается в изменении с течением времени положения тел или

Скорость
Рассмотрим движение частицы (т.е. материальной точки) по некоторой траектории. Если за равные, сколь угодно малые промежутки времени Dt частица проходит одинаковые пути Ds, движение части

Сравнение выражений (1.9) и (1.10) приводит к соотношениям
(1.11) Таким обра

В математике выражение вида
s=, (1.16) составленное для значений х, заключенных в пределах от а до b, называют определенным интегралом от функции f(x), взятым

Ускорение
Чтобы охарактеризовать изменение скорости частицы со временем, используется величина а=limDt®0

Поступательное движение твердого тела
    Поступательным н

Инерциальные системы отсчета. Закон инерции
Мы уже отмечали, что относительно разных систем отсчета движение имеет неодинаковый характер. Например, относительно вагона точка на ободе колеса движется по окружности, в то время как относительно

Сила и масса
Для того чтобы сформулировать второй закон Ньютона, нужны понятия силы и массы. Силой называется векторная величина, характеризующая воздействие на данное тело со стороны других тел. Модуль этой ве

Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона утверждает, что скорость изменения импульса частицы равна действующей на частицу силе F:

Единицы и размерности физических величин
Измерить какую-либо величину означает найти ее отношение к величине такого же вида, принятой за единицу. Для каждой физической величины можно было бы установить единицу произвольно, незави

Сила тяжести и вес
Вблизи поверхности Земли все тела падают с одинаковым ускорением, которое называют ускорением свободного падения и обозначают буквой g.Отсюда вытекает, что в системе отсчета

Упругие силы
    Под действием внешних сил возникают дефо

Силы трения
Трение подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения) или при попытках вызвать такое перемещение

Сохраняющиеся величины
Совокупность тел, выделенных для рассмотрения, называется механической системой. Тела системы могут взаимодействовать как между собой, так и с телами, не входящими в систему. В соответствии

Энергия и работа
Понятия энергии и работы широко используются в повседневной жизни. Эти понятия тесно связаны друг с другом. Например, говорят об энергичном или работоспособном человеке. Само слово «энергия» происх

Кинетическая энергия и работа
Рассмотрим простейшую систему, состоящую из одной материальной точки (частицы) массы m, движущейся под действием сил, результирующая которых равна F. Напишем уравнение движения час

Точки во внешнем силовом поле
Сопоставим каждой точке поля консервативных сил значение некоторой функции координат Ер(x,y,z), которую определим следующим образом. Произвольно выбранной точке О припишем значени

Потенциальная энергия взаимодействия
Рассмотрим систему, состоящую из двух взаимодействующих частиц. Силы, с которыми частицы действуют друг на друга, будем предполагать направленными вдоль проходящей через обе частицы прямой и завися

В случае гравитационного притяжения частиц
F(r)=G Получим A12=-=-Gm1m2

Нетрудно убедится в том, что в этом случае
Ер= Можно показать, что взаимная потенциальная энергия системы, состоящей из N частиц, силы взаимодействия между которым

Где определяется формулой (3.30)
Работа внутренних сил равна убыли взаимной потенциальной энергии частиц: А12,внутр= Где

Закон сохранения момента импульса
По аналогии с моментом силы, моментом импульса материальной точки (частицы) относительно точки 0 называется векторная величина L=[rp]=[r

Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси
Разобъем тело, вращающееся вокруг неподвижной оси с угловой скоростью w, на элементарные массы Dmi (рис.8.1). Момент импульса i – й элементарной массы относител

С учетом dm=rdV, получим формулу
I= (8.10) где r - плотность тела в точке, в которой взят объем dV, R – расстояние этого объема от оси, относительно которой вычисля

Кинетическая энергия вращающегося тела
Когда тело вращается вокруг неподвижной оси с угловой скоростью w, элементарная масса Dmi, отстоящая от оси вращения на расстояние Ri, обладает скоростью vi=wR

Возведение в квадрат дает
(DЕк)i= Просуммировав (DЕк)i по всем элементарным массам, найдем кинетическую энергию т

Кинетическая энергия вращающегося тела
Когда тело вращается вокруг неподвижной оси с угловой скоростью w, элементарная масса Dmi, отстоящая от оси вращения на расстояние Ri, обладает скоростью vi=wR

Возведение в квадрат дает
(DЕк)i= Просуммировав (DЕк)i по всем элементарным массам, найдем кинетическую энергию т

Малые колебания
Рассмотрим механическую систему, положение которой может быть задано с помощью одной величины, которую мы обозначим х. В таких случаях говорят, что система имеет одну степень свободы. Величиной х,

Введя обозначения
(10.6) преобразуем уравнение (10.5) следующим образом (10.7)

Применив обозначения
2b=r/m, =k/m (10.15) перепишем уравнение (10.14) следующим образом:

Маятник
В физике под маятником понимают твердое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг неподвижной точки или оси. Принято различать математический и физический маятники. Мат

Распространение волн в упругой среде
Если в каком-либо месте упругой (твердой, жидкой или газообразной) среде возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет распространяться в среде от

Уравнения плоской и сферической волн
Уравнением волны называется выражение, которое дает смещение колеблющейся частицы как функцию ее координат х, у, z и времени t: x=x(x, y, z; t) (11.3) (имеются в виду координаты р

Волновое уравнение
Уравнение любой волны является решением дифференциального уравнения, называемого волновым. Чтобы установить вид волнового уравнения, сопоставим вторые частные производные по координатам и вр

Стоячие волны
Если в среде распространяются одновременно несколько волн, то колебания частиц среды оказываются геометрической суммой колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн в о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги