- •2 Вопрос
- •Ускорение точки при движении по окружности
- •3 Вопрос
- •4 Вопрос
- •5 Вопрос Динамика поступательного и вращательного движений
- •Законы Ньютона Первый закон Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния.
- •Третий закон Ньютона: силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению:
- •6 Вопрос
- •7 Вопрос
- •8 Вопрос
- •9 Вопрос
Третий закон Ньютона: силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению:
,
где – сила, действующая на первое тело со стороны второго,
– сила, действующая на второе тело со стороны первого.
Из третьего закона следует, что в любой механической системе материальных точек геометрическая сумма всех внутренних сил (т.е. сил, с которыми взаимодействуют между собой материальные точки системы) равна нулю.
6 Вопрос
Динамика вращательного движения твердого тела
Вращательное действие силы характеризуется моментом силы относительно точки (рис. 5а) и относительно оси (рис. 5б).
Для того чтобы определить момент силы относительно точки О, проведем из точки О радиус-вектор в точку приложения силы (рис. 5а). Моментом силы относительно точки О называется векторная физическая величина, равная векторному произведению радиуса-вектора на силу :
Модуль момента силы M = rFsin = Fd, где d = rsin – плечо силы.
Для того чтобы определить момент силы относительно оси Z, выберем на оси Z произвольную точку, найдем момент силы относительно этой точки, а затем спроецируем на ось Z момент силы относительно точки. Таким образом, момент силы относительно оси – величина скалярная.
Разложим силу на три составляющие (рис. 5б):
– осевая, параллельная оси вращения,
– радиальная, перпендикулярная оси вращения,
– касательная, перпендикулярная и оси вращения.
Составляющую можно определить как проекцию силы на направление вектора , направленного по касательной к окружности радиусом R, проведенной через точку приложения силы перпендикулярно оси вращения. Направление вектора образует с осью Z правовинтовую систему.
Составляющие и вращения тела относительно оси Z не вызывают. Вращающее действие силы обусловлено составляющей . Можно показать, что момент силы относительно оси Z
Рис. 5
Инертные свойства тела при вращательном движении характеризует момент инерции. Он зависит от распределения массы тела относительно оси вращения. Момент инерции материальной точки массой m, находящейся на расстоянии r от оси: .
– момент инерции системы материальных точек;
– момент инерции тела, где – плотность тела.
Рис. 6 |
Момент инерции тела относительно произвольной оси может быть рассчитан по теореме Штейнера: момент инерции тела относительно оси O'O равен сумме момента инерции тела относительно оси, проходящей через центр инерции и параллельной O'O, и произведения массы тела на квадрат расстояния между осями (рис. 6): . |
Связь момента силы относительно оси с векторным моментом силы относительно точки
Проведем через точку O, где задан момент силы относительно точки Mo(F) декартовы оси координат x, y, z (рисунок 1.4).
Момент силы относительно точки можно представить в виде суммы трех векторов
Mo(F) = Mx(F)i + My(F)j + Mz(F)k.
.
Эти вектора являются моментами силы относительно осей x, y, z:
Mx(F) = |Mo(F)|cos(i, Mo(F)),
My(F) = |Mo(F)|cos(j, Mo(F)),
Рисунок 1.4
Mz(F) = |Mo(F)|cos(k, Mo(F)),
Момент силы относительно оси равен проекции на эту ось момента си