14. Теорема о движении центра масс

Уравнение md2rc/dt2 = ∑PiE = RE  или maC = ∑ PiE = RE  выражает теорему о движении центра масс системы, которая формулируется следующим образом: Центр масс механической системы движется как материальная точка массой, равной массе всей системы, к которой приложены все внешние силы действующие на систему.

15. Закон сохранения импульса

По третьему закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению; поэтому их можно обозначить   и  .

Для изменений импульсов тел при их взаимодействии можно записать

,

,

где t — время взаимодействия тел. Из этих выражений получаем

.

Таким образом, векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.

В любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, или равенстве нулю суммы действующих сил геометрическая сумма импульсов тел остается неизменной.

Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса.

Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета.

16. Движение тел с переменной массой (уравнение Мещерского)

Уравнение обычно записывается в следующем виде:

,

где:

m — масса материальной точки переменной массы, меняющаяся за счет обмена частицами с окружающей средой;

 — скорость движения материальной точки переменной массы;

 — внешние силы, действующие на материальную точку переменной массы со стороны ее внешнего окружения (в том числе, если такое имеет место, и со стороны среды, с которой она обменивается частицами, например электромагнитные силы — в случае массообмена с магнитной средой, сопротивление среды движению и т. п.);

 — относительная скорость присоединяющихся частиц;

 — относительная скорость отделяющихся частиц;

,    — скорости массообмена присоединяющихся и отделяющихся частиц.

17. Движение тел с переменной массой (формула Циолковского)

Формула Циолковского определяет скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил. Эта скорость называется характеристической.

,

где:

 — конечная (после выработки всего топлива) скорость летательного аппарата;

 — удельный импульс ракетного двигателя (отношение тяги двигателя к секундному расходу массы топлива);

 — начальная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция аппарата + топливо).

 — конечная масса летательного аппарата (полезная нагрузка + конструкция).

18. Описание движения твердого тела

Равномерным прямолинейным движением называется такое прямолинейное движение, при котором материальная точка (тело) движется по прямой и в любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения и описывается формулой

Линейная скорость υ какой-либо точки абсолютно твердого тела пропорционально расстоянию R точки от оси вращения:

При равномерном вращательном движении абсолютно твердого тела углы поворота тела за любые равные промежутки времени одинаковы ( ∆φ = const ) и мгновенная угловая скорость тела равна средней угловой скорости ( ω = ωcp ). Тангенциальные ускорения aτ у различных точек абсолютно твердого тела отсутствуют ( aτ = 0 ), а нормальное (центростремительное ) ускорение an какой-либо точки тела зависит от ее расстояния R до оси вращения:

Вектор an направлен в каждый момент времени по радиусу траектории точки к оси вращения.

Угловым ускорением (мгновенным угловым ускорением) вращающегося тела в момент времени t называется величина ε, равная пределу, к которому стремится среднее угловое ускорение за промежуток времени от t до t + ∆t при бесконечном уменьшении ∆t, или, угловое ускорение - это первая производная от угловой скорости по времени или вторая производная от угла поворота по времени:

Угол поворота ∆φ тела вокруг оси за промежуток времени ∆t = t - t0 при равнопеременном движении:

Тангенциальная составляющая ускорения:

; υ = ω·R, поэтому

Нормальная составляющая ускорения:

Таким образом, связь между линейными и угловыми величинами выражается следующими формулами: S = R·φ, υ = ω·R, aτ = R·ε, an = ω2·R.