- •Раздел первый статика твердого тела
- •1. Основные понятия статики
- •1.1. Введение
- •1.2 Аксиомы статики.
- •1.3. Несвободное твёрдое тело
- •2. Плоская система сил
- •2.1. Система сходящихся сил
- •2.2. Произвольная плоская система сил
- •3. Пространственная система сил.
- •3.1. Системы сходящихся сил.
- •3.2. Произвольная пространственная система сил.
- •Центр тяжести.
- •Раздел второй кинематика.
- •1. Введение
- •2. Движение точки.
- •2.1. Способ задания движения.
- •2.2. Скорость точки.
- •2.3. Ускорение точки.
- •3. Простейшие движения твердого тела.
- •Поступательное движение тела.
- •Вращательное движение твердого тела.
- •Уравнения равномерного вращения тела
- •Уравнения равнопеременного вращения тела
- •Сложное движение точки.
- •4.1. Основные понятия.
- •Сложение скоростей.
- •4.3. Сложение ускорений. Теорема Кориолиса.
- •Плоское движение твердого тела.
- •5.1. Введение
- •5.2. Скорости точек тела при плоском движении.
- •5.3. Мгновенный центр скоростей (мцс)
- •Определение скорости точки плоской фигуры с помощью мцс
- •5.4. Ускорения точек при плоском движении.
- •5.5. Мгновенный центр ускорений (мцу)
- •Основные способы вычисления углового ускорения при плоском движении.
- •6. Сложное движение твердого тела.
- •6.1. Сложение поступательных движений.
- •6.2. Сложение вращений вокруг двух параллельных осей.
- •6.3. Пара вращений.
- •6.4. Сложение вращений вокруг пересекающихся осей.
- •6.5. Сложение поступательного и вращательного движений.
- •1.2. Законы динамики.
- •1.3. Задачи динамики для свободной и несвободной материальной точки.
- •2. Дифференциальные уравнения движения точки и их интегрирование.
- •2.1. Прямолинейное движение точки.
- •2.2. Криволинейное движение точки.
- •3. Общие теоремы динамики точки.
- •3.1. Количество движения и кинетическая энергия точки.
- •3.2. Импульс силы.
- •3.3. Теорема об изменении количества движения точки.
- •3.4. Работа силы. Мощность.
- •3.5. Теорема об изменении кинетической энергии точки.
- •3.6. Теорема об изменении момента количества движения (теорема моментов).
- •4. Прямолинейные колебания точки
- •4.1. Свободные колебания без учёта сил сопротивления.
- •4.2. Свободные колебания при сопротивлении, пропорциональном скорости (затухающие колебания)
- •4.3. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •1.2. Масса системы. Центр масс.
- •2. Теорема о движении центра масс системы.
- •2.1. Дифференциальные уравнения движения системы.
- •2.2. Теорема о движении центра масс.
- •2.3. Закон сохранения движения центра масс.
- •3. Теорема об изменении количества движения системы.
- •3.1. Количество движения системы.
- •3.2. Теорема об изменении количества движения.
- •3.3. Закон сохранения количества движения.
- •4. Теорема об изменении момента количества движения системы.
- •4.1. Момент инерции тела относительно оси.
- •4.2. Главный момент количества движения системы.
- •4.3. Теорема об изменении главного момента количества движения системы (теорема моментов).
- •4.4. Закон сохранения главного момента количества движения.
- •5. Теорема об изменении кинетической энергии системы.
- •5.1. Кинетическая энергия системы.
- •5.2. Некоторые случаи вычисления работы.
- •5.3. Теорема об изменении кинетической энергии системы.
- •5.4.Потенциальное силовое поле и силовая функция.
- •5.5. Потенциальная энергия
- •5.6.Закон сохранения механической энергии
- •Оглавление
4. Прямолинейные колебания точки
4.1. Свободные колебания без учёта сил сопротивления.
Рассмотрим точку М, движущуюся под действием одной только восстанавливающей силы F, направленной к неподвижному центру и пропорциональной расстоянию от этого центру.
Проекции силы на ось Ox будет равна
Сила, как видим, стремится вернуть точку в равновесное положение О, где
Рис. 3.7
Найдём закон движения точки С, составим дифференциальные уравнения движения
(30)
Деля обе части на m и вводя обозначение
приведём уравнение к виду
(31)
Уравнение (31) представляет собой дифференциальное уравнение свободных колебаний при отсутствии сопротивления. Решение этого однородного дифференциального уравнения ищут в виде . Полагая в уравнении (31) , получим для определения n так называемое характеристическое уравнение, имеющее в данном случае вид: .
Общее решение уравнения (31) имеет вид:
(32)
Если вместо постоянных и ввести постоянные и, такие, что, , то получим:
или
(33)
Скорость точки в рассматриваемом движении
(34)
Колебания, совершаемые точкой по закону (32), называется гармоническими колебаниями. График их при
Рис. 3.8
Рассмотрим точку B, равномерно на окружности из скольжения, определяется углом . Пусть постоянная угловая скорость вращение радиусов равна . Тогда в произвольный момент t угол и легко увидеть, что проекция М точки В на диаметр движется по закону . Величина а – называется амплитудой колебаний - фазой колебаний. Величина определяет фазу начала колебаний (начальная
Рис. 3.9 фаза). Величина называется круговой частотой
колебаний.
Промежуток времени Т в течении которого точка совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний. По истечении периода фаза изменяется на . Следовательно откуда
(35)
Величина - частота колебаний.
Отметим, что свободные колебания при отсутствии сопротивления обладают следующими свойствами:
-
амплитуда и начальная фаза колебаний зависят от начальных условий
-
частота k, а следовательно и период Т от начальных условий не зависят.
Рассмотрим влияние постоянной силы на свободные колебания точки.
Пусть на точку М кроме восстанавливающей силы F действует постоянная по модулю и направлению сила Р. Величина силы F по прежнему пропорциональна расстоянию от центра О, т.е. .
Очевидно, что в этом случае положением точки М будет центр, отстраненной от оси О на расстояние , которое определяется равенством
или (36)
- статическое отклонение точки.
Рис. 3.10
Примем за начало отсчёта, тогда будет , и учитывая будем иметь или , что полностью совпадает с уравнением (31).
Постоянная сила Р не изменяет характера колебаний, совершаемой точкой под действием восстанавливающей силы F, а только смещает центр этих колебаний в сторону действия силы Р на величину статического отклонения .
Из (36) и (30) имеем
Тогда равенство (35) даст (37)
В частности, если Р – сила тяжести , то формула (34) имеет вид:
(37/)