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TeJio, 6porneHHOe c 3eMHOH ITOBepxHoCTH, orrncas )l:yry 3JIJIHITca, yna- )l:eT o6paTHO Ha 3eMJIIO. TaKne 3JIJIHITTHtrecKHe TpaeKTOpnH OITHCbiBaiOT

6aJIJII1CTwrecKne paKerhr, B traCTHOCTH MemKoHTHHeHTaJibHbie. Haii:)l:eM OCHOBHble xapaKTepHCTHKH 3THX TpaeKTOpHH.

TaK KaK ocb PA HBJIHeTCH och!O CHMMeTpHII TpaeKTopnn, TO TOtrKOH

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§ 99. UOH"THE 0 HEBECOMOCTH.

MECTHblE CHCTEMbl OTCI.JETA

flpH ,li,BH:tKeHHH TeJI B noJie T5IfOTeHH5I MO:tKeT HMeTb MeCTO HHTepecHOe HBJieHHe, Ha3biBaeMOe HeBeCOMOCmbiO. Ha'IHeMe qaeTHOrO rrpHMepa.

PaecMOTpHM rpy3 Maeeoii: m, IIOKOHIIJ,Hii:eH B JIHcpTe,

KOTOpbiH ,li,BH-

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K HeiiO,li,BH:tKHb!M Oe5IM Oxy BepTHKaJibHO BHH3 C

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06'b.HeHHeTCSIIIOJiy'leHHblllpe3yJibTaT npOCTO: nO)l ,lJ,eii:eTBHeM eHJibl T.HMecTH H JIHcpT, H HaXO,ll.HIIJ,HllCH B HeM rpys )lBH:tKyreH no OTHOllleHIIIO

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§ 100. MEXAHHl-IECKMI CHCTEMA.

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CIIcTeMy MaTepiiaJibHhiX TOIIeK IIJIII TeJI, .II:BII:>KeHIIe (IIJIII paBHOBecne) KOTopofi paccMaTpiiBaeTcJJ, 6y.n:eM Ha3biB8Th .uexaHU'iecKOI'i cucme-

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.n:eilCTBYIOT .n:pyr Ha ,n,pyra. 3TO pas,n,e.rreHHe HBJIHeTCH ycJIOBHbiM II saBllCl!T OT Toro, KaKa.SI MexaHIIIIecKaH cucTeMa paccMaTpHBaeTcH. HanpnMep, ec.rru paccMaTpiiBaeTCH ,n,Bu:>KeHue ocefi Co.rrHeqHofi CIICTeMbl, TO cu.rra rrpHTH:>KeHHH 3eMJIH K Co.rrHuy 6y.n:eT BHyTpeHHefi; ec.rru :>Ke paccMaTpHsaeTcH .IJ:BH:>KeHIIe CHCTeMbl3eMJIHJlyHa, TO ,D,JIH 3TOH CHCTeMbl ::ra :>Ke CHJia 6y.n:eT BHerrmefi.

BHyTpeHHIIe cHJibl o6.rra,n,aiOT c.rre.n:yiOlll.HMH csoilcTBaMII:

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CTBHTeJibHO, eCJIH B3HTb rrpOH3BOJibHbiH ueHTp 0, TO H3 pHC. 274 BH.IJ:HO, qTo m0 (FL)+mo (iJ~1)=0. AHaJiorHqHhiH pesyJihTaT rroJiyqHTC.SI rrpH BblqlfCJieHHH MOMeHTOB OTHOCHT€JibHO OCH. CJie.IJ:OBaTeJibHO, H .II:Jl5I BCeH CHCTeMbl 6y.n:eT:

J13 .IJ:OKa3aHHb!X CBOHCTB He CJie.IJ:yeT, O.IJ:HaKO, qTO BHyTpeHHHe CHJibt B3aHMHO ypaBI-roBeiimBaiOTCH H He BJIHHIOT Ha .IJ:BH)KeHHe CHCTeMbl, TaKI KaK 3TH CHJibi rrpHJimKeHbl K pa3HbiM MaTepHaJibHb!M TOqKaM HJIH TeJiaM H MoryT Bb13BaTb BSaHMHbie rrepeMemeHHH 3THX ToqeK HJIH TeJI. YpaBHOBernennof.I BCH COBOKYIIHOCTb BHyTpeHHHX CHJI 6y.IJ:eT y CHCTeMbl, rrpe;J;· cTaBJimomeii co6oii a6coJIIOTHO TBep,n,oe TeJio.

§ 101. MACCA CHCTEMbl. I..I,EHTP MACC

)lBH)KeHHe CHCTeMbl KpOMe ,n,ef.ICTBYIOIII.HX CHJI 3aBHCHT TaK)Ke OT ee cyMMapHoii MaCChi H pacrrpe,n,eJieHHH Mace. Macca cucmeAtbt (o6osHaqaeM M HJIH m) pasHa apucfJMemutJ.eCKoii cyMMe Mace ecex motJ.eK uAu meA, o6pasytof4UX cucmeAry:

Pacnpe,n,eJienne Mace B cucTeMe orrpe,n,eJIHeTCH snaqeHHHMH Mace mil. ee ToqeK H HX B3aHMI-IbiMH ITOJimKeHHHMH, T. e. HX KOOp,D,HHaTaMH xR., YR.· zR.. 0)l.HaKo oKasbiBaeTcH, qTo rrpH pemeHHH Tex Sa)l,aq )l,HHaMHKH, KOTOpbie Mbl 6y)l,eM paCCMaTpHBaTb, B qacTHOCTH .IJ:HHaMHKH TBep,D,OfO

TeJia, )l.JIH yqeTa pacrrpe,n,eJieHHH Mace .n:ocraTOqHo sHaTb He Bee BeJIHqlfHhi mh, xh, YR.. zR., a HeKOTOphle, Bbipa*aeMhie qepes HHX cyMMapHbie xapaKTepHCTHKH. J1MH HBJIHIOTC.SI: KOopOUHambt l{eHmpa MaGe

(BbipmKa!OTCH qepe3 CYMMbl rrpOH3Be,D,eHHH Mace ToqeK CHCTeMbi Ha HX KoopAHHaTbi), oceebte MoMeHmbt uHepquu (Bbipa)KaiOTC.SI qepes cyMMhi rrp0113Be)l,eHHH Mace TOqeK CHCT€Mhl Ha KBa,n,paTbi HX KOOp.IJ:HHaT) H u,eHtnpo6e:»CHbte MoMeHmbt uHepquu (ahlpa*aiOTCH qepes cyMMhi rrpousBe)l.eHHH Mace TOqeK CHCT€Mbl H )l,BYX H3 HX KOOp)l,HHaT). 3-m xapaKTepH-

CTHKH Mbl B )l,aHHOH rJiaBe H paCCMOTpHM.

U e H T p M a C C. B O.IJ:HOpO,D,HOM ITOJie TH)KeCTH, .IJ:JIH KOTOporo

g=const, Bee JII06oii qacTHUhi TeJia rrporropuuonaJieH ee Macce. Tio3TOMY o pacrrpe)l,eJieHHH Mace B TeJie MO)KHO cy.n:HTh no rroJimKeHHIO ero ueHTpa TH)KeCTH. Tipeo6pasyeM cpopMyJihi (59) us § 32, orrpe)l,eJIHIOIUHe KOOp)l,HHaThi U€HTpa TH)K€CTH TeJia, K BH.IJ:y, HBHO CO)l,ep)KaiUeMy Macey•

.Il.JI5J 3Toro rroJIO)KHM B HasBaHHbiX cpopMyJiax PR. =mhg H P =Mg, rrocJie

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PaiJuycoM
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r~e M -

My,HaMH:

Jx=~mk(Yi+z%), Jy=~mk(z~+4), Jz=~mk(4+y%). (3)

4aCTO B XO.l(e paCIJ€TOB il0Jib3YIOTCH ITOHHTHeM pa.n:uyca HHepUHH. uHeplfUU TeJia OTHOCHTeJibHO ocu Oz Ha3biBaeTCH JIHHefmaH

Pz• orrpe.n:eJIHeMaH paBeHCTBOM

(4)

Macca TeJia. I1s orrpe~eJieHHH cJie~yeT, 'ITOpa~uyc HHepuuu

reoMerpuiJeCKH paBeH paccTo.HHHIO or ocu Oz TOM TOIJKH, B Koropoii Ha~o cocpe~OTOIJHTb Macey BCero TeJia, 'IT06blMOMeHT HHepUHH O~HOH 3TOH

TOIJKH 6b!JI paBeH MOMeHTY HHepUHH BCero TeJia.

3HaS1 pa~HYC HHepUHH, MO)KHO ITO

cpopMyJie (4) HaHTH MOMeHT

IiH€pUHH TeJia H Hao6opOT.

 

<f>opMyJihl (2) H (3) cnpaBe~JIHBbi KaK ~JIH TBep~oro TeJia, TaK H ~JIH

JII060H CHCTeMbl MaTepHaJibHb!X TOIJeK. B

CJiyqae CIIJIOI!lHOrO TeJia, pa3-

6HBaH ero Ha 3JieMeHTapHbie IJaCTH, Hafi~eM, 'ITOB rrpe.n:eJie CYMMa, CTOH-

IUaH B paBeHcrBe (2),

o6paTHTCH B HHTerpaJI. B pesyJibTaTe, YIJHThlBaH,

'ITO dm=pd V, r~e p - ITJIOTHOCTb,

a V- 06'beM, ITOJIY'IHM

 

Jz =

~ h2 dm HJIH

Jz = ~ ph 2 dV.

(5)

 

(V)

(V)

 

J.1HTerpaJI 3~eCb pacrrpOCTpaHHeTCH Ha BeCb 06'beMV TeJia, a ITJIOTHOCTb p H paccToHHHe h saBHCHT oT Koop~HHaT TOIJeK TeJia. AHaJiorHIJHO cpop-

MYJihl (3) ).I.JIH crrJIOI!lHbiX TeJI rrpHMYT BH~

 

Jx= ~ p(y2 +Z2) dV H T. ~.

(5')

(V)

 

cl>opMyJiaMH (5) H (5')y~o6HO ITOJib30BaTbCH rrpH Bbi'IHCJieHHH MOMeHTOB HHepUHH O~HOpO~Hb!X TeJI rrpaBH.'IbHOHcpopMbi. TipH 3TOM ITJIOTHOCTb p 6y~eT ITOCTOHHHOII H BbiH~eT H3-ITO~ 3HaKa HHTerpaJia.

Hafi~eM

M 0 M e H T bl H H e p U H H H e K 0 T 0 p bl X 0 ~ H 0-

p 0 ~ H bi X

T e JI.

1. T o H K H if o ~ H o p o ~ H bi ii c T e p * e H b ~JIHHoii l H

Maccoii M. Bhl.IJHCJIHM ero MOMeHT HHepunu OTHOCHTeJibHO ocu Az, rreprreH.l(HKYJIHpHoli crepMHIO II rrpoxo~HIUeii IJepes ero KoHeu A (puc. 275).

HarrpaBHM B~OJib AB Koop~HHaTHYIO ocb Ax. Tor~a ~JIH JII06oro 3JieMeHTapHoro oTpesKa ~JIHHhl dx BeJIHIJHHa h=x, a Macca dm=p1 dx,

r~e p 1 =M/l- Macca e~HHHUbi ~JIHHbi crep*HH. B

pesyJihTaTe cpopMy-

Jia (5)

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~ x 2 dx= p1 l3/3.

 

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* 3J(eCb H Be3Ae ,l\aJJee J A OtJ03Ha'laeTMOMeHT HHepUllH OTHOCHTeJibHO OCH, npo-

iXOJ\lllUCi'!qepe3 TOlfKY A H HaPpaB.'leHHOil nepneH]\Jmy.1llpHO

ITJJOCKOCTH H306palKeH-

PCro na

qeprelKe ce'!eHHll re.1d.

 

 

266

3aMeH5UI S,!l.ech p1 ero 3HaLieHueM, HaH)J,eM OKOHLiaTeJibHO

JA=M{2!3.

(6)

2. T o H K o e K p y r JI o e o ,11. H o p o ,11. H o e

K o JI b u o pa-

.n:uycoM R u Maccoil M. Hail.n:eM ero MOMeHT uHepunn OTHOCUTeJihHO

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PHC. 275

PHc. ?.77

ocu Cz, rreprreH,!I.HKYJIHpHoti IIJIOCKOCTU KOJihUa H npoxo,!I.HIIJ,eil qepe3 ero ueHTp C (pHC. 276). TaK KaK BCe TOLIKH KOJibUa HaXO)J,HTCH OT OCII Cz Ha paccTOHHHU hit =R, TO cpopMyJia (2) .n:aeT

J c= ~ mkR2 = (~ mk) R 2 = MR 2

CJie.n:osaTeJihHO, .II:JIH KOJihUa *

 

Jc=MR 2

(7)

OLiesu.n:Ho, TaKofi *e pesyJihTaT noJiyLIHTCH ,!I.JIH MOMeHTa HHepunu TOHKOH uuJIHHAPHLiecKoli o6oJIOLIKH Maccofi M u pa,11.nycoM R OTHOCH-

TeJihHO

ee OCU.

 

3.

K p y r JI a H o A H o p o A H a H n JI a c T u H a

uJIH u Ii·

JI H H ,11.

p paAuycoM R H Maccoti M. BbiLIHcJiuM MoMeHT uHepuuii Kpyr-

Jioli rrJiaCTIIHhl OTHOCIITeJibHO OCH Cz, rrepneH,!I.UKYJIHpHOH

IIJiaCTIIHe U

npoxo,!I.HIIJ,eu Liepes ee ueHTP (eM. puc. 276). llJIH 3Toro BhiAeJIH'vlsJieMeHTapHoe KOJihUO paAHYCOM r U IIJHpUHOH dr (puc. 277, a). 0JIOIU3,!1.b

sToro KOJihua

2nr ·dr, a

Macca dm=p 2 2Jtr· dr, r)l;e p2 =M/nr2 -

Macca

e.n:HHHUh! IIJIOIUaAu rrJiaCTIIHhL Tor)l;a rro cpopMyJie (7) )l;JIH

Bhl)l;eJieuHoro

sJieMeHTapHoro

KOJihua

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(8)

 

 

 

 

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paBeH pa.D.HYCY TOHKOfO

KOJibUa

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TOt.IKa C HBJIHeTC.SI Hat.IaJIOM KOOp.IJ:H.HaT, TO Xc=O H,

CJie.n:oBa-

TeJihHO,

~mltxk=O. 0KOH'IaTeJihHOIIOJiyt.IaeM

 

 

loz=Jcz•+Md2

(9)

cl>opMyJia (9) Bbipa)KaeT CJie,IJ.yiOIII.YIO

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IO H r e H-

e a *: MOMeHm UHepupu meAa omHOCumeAbHO OaHHOU OCU paeeH MOMeHmy UHepl{UU omHOCUmeAbHO OCU, eu napaAAeAbHOU, npOXOOfltl.{eU ~J£pe3 lfl!Hmp Mace meAa, CAOJFCeHHOAty c npou38eaeliueM AtaCCbl ece~o meAa Ha K8aapam paccmoRHUJl MeJFCay oc.RMu.

l13 <PopMyJihi (9) BH.IJ:HO, 'ITO J oz>J cz•· CJie.n:oBaTeJihHO, us scex oceii .n:aHHOfO HanpaBJI€HH.SI HaHMeHblliHH MOMeHT HHepUHH 6y.n:eT OTHOCHTeJibHO TOH OCH, KOTOpaH npOXO.IJ:HT t.Iepe3 UeHTp Mace.

TeopeMa fiOtireHca II03BOJIHeT HaHTH MOMeHT HHepUHH TeJia OTHOCHTeJibHO .II:aHHOH OCH 0z1 H B TOM CJiyt.Iae, KOr.n:a H3BeCTeH ero MOMeHT HHepuuu OTHOCHTeJihHO Ato6ot1 ocu Az2 , napaJIJieJibHOil Oz1 Dpu 3TOM Ha.n:o 3HaTb paCCTO.SIHIU! d1 H d2 Ka)K.IJ:OH H3 3Tl!X OCeH OT ueHTpa ,Mace TeJia. Tor.n:a, 3Ha.SI u d2 , Mhi no <PopMyJie (9) onpe.n:eJIHeM

a 3aTeM no TOH )Ke $opMyJie HaXO.IJ:HM HCKOMbiH MOMeHT HHepuHH J oz,·

3a)l.3'13119. Qnpe.IT,eJIHTb MOMeHT HHepuHH TOHKOrO eTep>KHli OTHOeHTeJibHO OeH

Cz, neprreH.IT,HKYJillpHoii cTep>KHIO

H npoxo.u.mu;eii qepe3 era ueHTp Mace.

P e III e H H e.

ITpose.rr.eM qepe3 Koneu A eTep>KHSI oeb Az (eM. pHe. 275; OCb Cz

Ha HeM He noKa3ana). Tor.rr.a no !PopMyJie (9)

 

 

 

lc=JA-Md2.

B .rr.aHHOM eJiyqae d= l/2, r.rr.e l - .IT,JIHHa cTep>KHSI, a BeJIH'IHHaJ A orrpe.rr.eJISieTeli

¢opMyJioii (6). CJie.rr.osaTeJibHO,

 

 

 

J c= Ml2!3- Ml2j4 = Ml2j12.

3a)l.a'la120. Qnpe.IT,eJIHTb MOMeHT HHepUHH UHJIHH)I.pa OTHOeHTeJ!bHO Oell Azl> npo-

OCO)I.SIID.eii 'lepe3era

o6pa3yiOID.YIO

(eM. pne. 277, 6).

p e III e H He.

no

TeopeMe

fiOil:renca JAz,=lcz+Md2 B )l.aHHOM CJiy'lae

d=R, a no ¢opMyJie (8)

lcz=MR 212. ITo,n:craBJIHSI 3TH 3Ha'leHHSI,rroJiy'lHM

J AZt =MR2!2+MR2 =(3!2) MR 2.

§ 104*. l.I,EHTPOSE)I(HbiE MOMEHTbl HHEPLI,HH. nOH5iTH5i 0 fJIABHbiX OCSIX HHEPLI,HH TEJIA

EcJIH t.Iepes TO'IKY0 nposecTH Koop.n:uHaTHhle ocH Oxyz, TO no OTHollleHHIO K 3'fHMOCHM t{eHmpo6eJICHblMU MOMe/ima.MU UHepl{UU (HJIH npoU38eOeHUJlMU uHepl{uu) HQ3bl8atom eeAUtiUHbl J xu• J yz, J zx. onpeaeA.ReMble paeeHcmeaMu:

J xy = ~ mkxkyk,

J yz = ~ mkykzk, Jzx = ~ mkzkxk,

( 10)

r.n:e mitMaCChi TO'IeK; Xlt, YR.• ZitHX KOOp.IJ:HHaThi; npH 3TOM

O'Ie-

Bli.IJ:HO, 'ITOJ xy=J yx H T •

.IJ:.

 

* XpHCTHaH fiOiireHe (1629-1695)- Bbi,n:aiOID.HiieSI rOJIJiaH)I.eKHii y'leHbiii,MexaHHK, ljJH3HK H acTpOHOM. l1306peJI nepBb!e MaliTHHKOBble 'laebl.B eBSI3H e 3THM H3yqaJI KOJie6aHHH ljJH3H'IeCKOrOMaHTHHKa (eM.§ 129) H BBeJI IIOHliTHe 0 MOMeHTe HHepJ.UIH TeJia ({:aM TepMHH rrpe)VIO>KHJI n03>Ke 8iiJiep).

269

UJIH cnJIOIIIHbiX TeJI $opM)'Jibi(10) rro aHaJiorliH c (5')npHHHMaiOT

Blf)l;

 

Jxy = ~ pxydV H T. )];.

(10')

(V)

B OTJIWlHe OT OCeBbiX U.eHTpo6eiKHhie MOMeHTbl HHepUHH MoryT 6biTb KaK IIOJIO:>KHTeJihHbiMH, TaK H OTpHUaTeJihHbiMH BeJIH'IHHaMHH, B qacTHOCTH, rrpu orrpe)l;eJieHHhiM o6pasoM Bbi6paHHbiX oc.Six Oxyz MoryT o6pa-

rn.aThC.SI B HYJIH.

f JI a B H bi e 0 C H H H e p U H H. PaCCMOTpHM O)l;HOpO)l;HOe TeJIO, HMeiOrn.ee ocb CHMMeTpHH. DpoBe)l;eM Koop)l;HHaTHhie ocn Oxyz TaK, qTo6bi och Oz 6biJia HarrpasJieHa B)l;OJih ocu cHMMeTpRH (puc. 279). Tor)l;a B CHJIY CHMMeTpHH Ka:>K)l;OH TQqKe TeJia C MaCCOH mk H KOOp)l;HHaTaMII x,, Ylt• ZR. 6y)l;eT COOTBeTCTBOBaTh TQqKa C )l;pyrHM HH,ZJ;eKCOM, HOC TaiWH

:>Ke MaccoM: H c Koop)l;HHaTaMH, paBHhiMH -xlt, -yR., zk. B pesyJihTaTe ITOJiyqHM, qTQ ~mR.XR.Z~t=O H ~mltyltzk=O, TaK KaK B 3THX CYMMaX BCe

CJiaraeMhle norrapHo O)l;HHaKOBhi no MOAYJIIO H nponiBOIIOJIO:>KHbl no

3HaKy; OTCIO,ZJ;a, yqJITbiBaH paBeHCTBa (10),

HaXO)l;HM:

J xz=O, J yz=O.

(11)

TaKIIM o6pa30M, CIIM\teTpHH B pacrrpe)I.eJieHHH Mace OTHOC:HTeJibHO ocu z xapaKTepusyeTCH o6parn.eHHeM B HYJih )l;Byx ueHTpo6e:>KHhlx MoMeHTOB IIHepuun J xz H J yz· Deb Oz, OAR KO-

 

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fJiaBHaH OCb HHepUilll He 06H3aTeJibHO

 

HBJIHeTcH

ochiO CHMMeTpiiH.

PaccMoTpii:w

PHC. 279

O)l,HOpO)I.HOe

TeJIO,

HMeiOIUee

ITJIOCKOCTb

CHMMeTpHH (Ha piiC. 279 ITJIOCKOCTbiO CW\t-

 

 

MeTpHH TeJia

HBJIHeTCH ITJIOCKOCTb abed).

DpoBe)l;eM B 3TOH rrJIOCKOCTII KaKne-Hn6y)l;h ocn Ox, Oz H rreprreH)I.HKyJIHpHyiO HM ocb Oy. Tor)l;a B cnJiy CHMMeTpHH Ka:>K.n:.of.I ToqKe c Macco1t mit H KOOp)I.HHaTaMH X~t, y,, Zit 6y)l;eT COOTBeTCTBOBaTh TQqKa C TaKOH :>Ke Maccof.I H KOOp)l;HHaTaMH, paBHhiMH xk, -y,, z". B pesyJihTaTe, KaK H

B rrpe)l;bi)l;YIUeM

CJiyqae,

Hall)l;€M,

qTQ ~m,x,yk=O H ~mkyltZ~t=O HJIH

J xy=0, J lJZ=O,

OTKy)l,a

CJie)l;yeT,

qTO OCb Oy HBJIHeTCH rJiaBHOll OCbiO

HHepuun )I.JI.SI ToqKH 0. TaKHM o6pasoM, ecAu meAo u.Meem nAocKocmb ou.M.M.empuu, mo Ato6aR ocb, nepneHouKyARpHaR amou nAocKocmu, 6yoem C.Aa8HOU OCbiO UHepl{UU meAa 0//Jl mOf{KU 0, 8 KOmOpOU OCb nepeceKaem nAOCKOCmb.

PaseHcrBa (11) Bbipa:>KaiOT ycJIOBHH Taro, qTo OChOz HBJIHeTC.SI rJiaB· HoM: ocbiO HHepuHn TeJia ).I.JIH TOqKH 0 (HaqaJia Koop.n:.mraT). AHa.'loriiii-

270