- •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
2. Движение точки.
2.1. Способ задания движения.
Задать движение точки по отношению к избранной системе отсчета – это значит указать способ, при помощи которого можно определить положение точки в любой момент времени.
Существуют три способа задания движения:
-
Векторный способ.
Положение точки в пространстве однозначно определенном заданием радиуса – вектора , проведенного из некоторого неподвижного центра О в данную точку М.
Для определения движения точки нужно знать, как изменяется с течением времени , то есть должна быть известна функция
Рис. 2.1
. (1)
Годографом какого-либо вектора называют кривую, которую вычерчивает конец этого вектора при изменении его аргумента (предполагается, что начало вектора, находится в одной и той же точке).
Таким образом, годографом радиус – вектора является траектория точки.
-
Координатный способ.
Положение точки М в системе координат ОХУ определяется координатами х, y, z.
При движении точки М ее координаты изменяются с течением времени. Следовательно, координаты х, y, z движущейся точки, являются функциями времени
Рис. 2.2
(2)
Эти уравнения называются уравнениями движения точки в декартовых координатах.
Пусть движение точки М в плоскости задано уравнениями:
Из первого уравнения выразим время и подставим во второе: – полученная зависимость есть уравнение траектории точки.
-
Естественный способ задания движения.
Этот способ применяется в том случае, если траектория точки заранее известна.
Выберем на траектории неподвижную точку О, которую назовем началом отсчета дуговой координаты. Положение точки М на траектории будем определять дуговой координатой S, отложенной на траектории от начала отсчета О. Расстояния, отложенные в одну сторону от точки О, будем считать положительными, в другую – отрицательными, то есть установим
Рис. 2.3 направление отсчета дуговой координаты. При движении
точки М расстояние S от этой точки до неподвижной
точки О изменяется с течением времени:
– уравнение движения т. М (3)
2.2. Скорость точки.
-
Векторный способ задания движения.
Пусть в момент времени положение точки М определяется , а в момент .
Рис. 2.4
Вектор будем называть вектором перемещения точки за время . Отношение к , называется средней скоростью за промежуток времени
(4)
Скоростью точки в данный момент времени называется предел отношения вектора перемещения точки к промежутку времени, за которое произошло это перемещение, при стремлении этого промежутка времени к нулю
(5)
Скорость точки – это вектор, направленный по касательной к траектории в сторону движения.
-
Координатный способ задания движения.
Пусть движение точки задано
Тогда для радиуса – вектора точки М можно записать
, (*)
где – единицы орты осей х, y, z.
Согласно (5) .
Дифференцируем (*)
. (**)
С другой стороны для вектора справедливо соотношение
, (***)
где – проекции на оси х, y, z.
Сравнивая (**) и (***), получим
(6)
Модуль скорости точки
(7)
Направление скорости определяется направляющими косинусами:
3. Естественный способ задания движения.
Пусть в момент времени t положение точки М определяется координатой S, в момент –
Согласно (5)
(*)
Вычислим модуль и определим направление :
Вектор направлен так же, как .
Рис. 2.5
При направлении этого вектора стремится к направлению касательной к траектории в точке М.
Обозначим единичный орт касательной через
,
Таким образом , следовательно , так как .
Равенство (*) примет вид:
(8)
Модуль , направление совпадает с .