Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Васильев / Vasilev_mechanics_ru[1]

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
15.05.2015
Размер:
491.2 Кб
Скачать

d L

N

 

 

=

M i & , 8 & = M & , 8 &

d t

i = 1

 

 

( , ' )

' -

. , '

( ),

' .

.

& ' ", '

"

' ' .

1.21 "

$' .(( - ' "

. , .((

" , .

" " . $ - , ,

, . $

, '

. 0 " II & ,

) . ( , )

" .

- , '

. , .(( " ,

" " , '

. "

: ϕ, ω, β.

( , .(( "

) " ' . $

" .(( "

.

+ , " "

ω,

 

mi. &

 

 

 

 

 

 

.

 

ω

z

 

. *

 

 

 

 

vi . +

Li

 

 

Ri

mi

vi ri. /

mi

Li

 

 

Ri = ri Cosϕi. $

 

ϕi

vi

+( Li

=

mi [ri, vi]. !ri - -

ϕi

 

 

 

 

ri

 

,

mi

 

O

 

 

, vi - i -

 

 

 

. + L

 

 

 

 

' : L = Li = mi[ri, vi]. %

ω

 

 

 

, "

L . $

" . 0 " , '

, . ! " )

, z:

dLz

 

= Mz . &

.((

dt

 

 

 

L z. %

z, )

, Lzi = Li Cosϕi. $ " ri vi , Li

=

mi ri

vi. *, Lzi = mi ri

vi Cosϕi = mi Ri vi, " Ri

- mi

 

. !, vi = ω Ri , Lzi = ω Ri2

mi. $) Lz

) Lzi :

Lz = Lzi = ω Ri2

mi = ω Ri2 mi. $

,

L. Iz = Ri2 mi '

' , )

. , ", ,

) , ,

", . () z

.(( Lz = Iz ω. $ , .((

,

" .((:

I

 

z

= M

 

Iz βz = Mz.

z

dt

z

 

 

 

& " . /

" ), - .

1.22 ( )

%, - ) . &

' ' , " " )

. & ' ,

.(( " . 0

' mi. / ,

" , L =

mi [ri,vi]. ( vi = [ω, ri], L = mi [ri, [ω, ri]] = mi ri2 ω - mi ri ri). $

" «) )» $ × × " = ($") - " ($ ). ( " L = ω mi ri2 - mi ri ,ri). 7

L ω , L = I ω. ( , ωr = ωx xi + ωy yi + ωz zi

ri2= xi2 + yi2 + zi2. ( " ) ( , x) "

: Lx = ωx mi (xi2 + yi2 + zi2 - xi2) - mi xi yi ωy - mi xi zi ωz .

:

 

 

 

Lx = Ixx ωx + Ixy ωy + Ixz ωz, "

Ixx = mi ( yi2 + zi2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ly = Iyx ωx + Iyy ωy + Iyz ωz

Ixy = - mi xi yi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lz = Izx ωx + Izy ωy + Izz ωz

.

 

 

 

 

 

 

 

I

 

I

 

I

 

% '

, Iαβ = Iβα,

Ixx , Ixy ....

xx

xy

 

.

I ,

I

,

I

 

 

 

 

 

xz

 

 

 

 

xx

yy

zz

 

 

 

Iyx

Iyy

Iyz

),

Ixy = Iyx , Ixz

=

Izx

,

Iyz =

Izy

 

 

 

 

 

 

)

 

).

 

*

,

Izx

Izy

Izz

' , .

Ixx, Iyy, Izz

 

 

 

 

 

 

" , -

 

 

 

 

 

 

".

 

 

 

 

,

 

", . ( . $ - " ". * " ", - " ".

! " . 0 "

, "

. ( ", - "

. *, Ix = Ixx, Iy = Iyy , Iz = Izz "

). % '

) Izz = mi (ri2 - zi2) = mi Ri2, .

" .

1.23 ' ). ( 8 . $ " .((

+(. , ' ( ), '

" "

Izz = R 2 d m = ρ R 2 d V

m V

" ρ - , R - " 6 dV . ,

, " ' '

Izz = ρ R2 dV .

V

" " . /

' .

1). + ) ( m, - R).

" I+( = m R2.

2). + ) " (m, l, ' )

Z). * , dV = Sdx, R = x, ρ = m/V = m/(Sl), "

 

 

dx

 

 

 

m

l / 2

 

m 1

l

3

m l

2

 

 

 

 

I z z

= 2

 

 

x 2 d x = 2

 

 

 

 

 

=

 

 

.

 

 

 

l

l 3

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3). + ) ) (m, r, )

 

 

 

 

 

% " 6 )

 

 

 

 

 

) dR(

 

 

 

 

 

), 2πRh, " h - ), R -

 

 

 

 

 

" 6 . ( "

 

 

 

 

 

dm = 2πρRh dR dIz = R2 dm =

 

 

 

 

 

2πρhR3 dR. !, m = ρ V = ρπr2 h, "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

I z9%1 = 2 πρ R 3dR = mr 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4). + ) (m, R , ' ) ).

& dV 6 ,

' R

R

" ϑ

 

: dV

= 2πr2Sinθdrdθ.

6

 

rSinθ rdθ×dr. (

 

θ

6

" dIz = ρR2 dV = 2πρr4

 

Sin3θ dr dθ. ) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

π

 

4πR 3

 

2R 2

 

2

 

 

I z8 ./ = 2πρ r 4 dr Sin 3 ϑdϑ =

 

ρ

 

 

=

 

mR 2 .

 

3

5

 

5

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) (

' ) '

"). $

,

 

 

 

 

 

 

) ' "

 

y

 

y

 

, ) ,

 

 

 

 

mi

 

a. %,

 

Ri

 

 

 

: ' )

 

 

Ri

 

,

-

 

. +

 

C

 

 

) ,

'

O

a

 

 

xi

x

 

 

, I = Ri’2 Dmi = (xi’2 + yi’2)Dmi

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

= [(xi + a)2 + yi2] Dmi = (xi2 + 2xia + a2 + yi2) Dmi =

Ri2 Dmi + 2a xi Dmi + a2 Dmi = Ic + m a2 + 2 a m xc = Ic + m a2. ( ' ' ) , xc = 0,

8 :

, ,

:

I = Ic + m a2.

1.24 # " " " .

, .(( " " ω,

Dmi, Ri,

vi = w Ri. *, " DEki = 1/2 Dmi vi2 = 1/2 Dmi w2 Ri2. * ' ' " " " Ek/=

1/2 w2 Ri2 Dmi = 1/2 I w2. " "

" , ),

- ". ( , ". &

 

, .((.

ds

/ , "

, .

R

F ½½ ds, dA = Fs ds

dj

F = Fs R dj = Mz dj. ,

O

,

 

: F||(

), F (

) Fτ( ). (

, dA = Mω dj. 0 P = Mω w = Mω .

, , "

" " ,

, ' ) . ( " # "

:

E k

=

E k$ * ( +

E k / =

m v 29 +

+

I

c

w 2

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

" , "

" '. w=v/R Ek = mv2/2 + m R2/2 (v/R)2 = m v2.

1.25 3. 3

3 , "

. 0 " " L

ω , " L = I ω. ( " , I , w.

 

 

% ", ,

 

 

' , ' " M = 0. "

dL

 

, L.

( .

F

 

$ " F,

L

 

" Dt. , "

 

 

DD.

 

 

" . ( "

D

 

, dL = M dt;

 

L(t+dt) = L(t) + M dt

M

 

" , .

O

 

 

,

½L½>>½M dt½.

( ,

 

 

" F,

D

 

 

" ' .

 

 

). / ) " .

% ",

" b. & " mg, M

= [r, mg]. +"

M = mgbSinb, " b –

) ". 0

 

 

O

"

dL = Mdt

 

 

 

" " dj. + "

A

 

 

½dL½= L Sinb dj.

 

 

"

 

 

 

 

):

dL B

 

L

 

 

dj = mgbSinβdt ;w

=

= mgb

= mgb .

 

 

 

 

 

LSinb

 

dt

 

L

Iw

 

 

 

 

 

dt "

 

β

 

" ,

mg

b

 

. )

 

O

 

" w << w. $

 

 

M

,

mgb

<< I

w2. $

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) " "

, - " ". %,

,

Ep << Ek.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.26 * - ' ! ' , "

. II

&,

. $ - ,

.

1). ' :

!

,

! .

2). , ' ,

:

, ,

, .

3). % , ' ,

:

, ,

, .

& .

' ". % II

& A12 = Ek2 - Ek1. 0 , , 6,

, ) ",

) " - Ep(x,y,z,t). ( ,

. ( " ' ) "

 

∂E

p

 

 

∂E

p

 

 

 

∂E

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A12

= −

 

dx +

 

 

dy

+

 

 

 

 

dz .!

 

 

) Ep

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

∂y

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dEp

=

 

∂Ep

dx +

∂Ep

dy

+

 

∂Ep

dz +

∂Ep

dt , "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

∂y

 

∂z

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A12

= − dEp

+

∂Ep

dt

 

( ,k2 + Ep2 ) - ( Ek1 + Ep1 ) =

 

∂E p

dt . , ,

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

) "

. ( , ' " . $ ' . $ '

. F1, F2, ..., ,

, ' . "

, " ". +

, r1 , r2 , ... R - "

Ep (r1 , r2 , ...) = Ep (r1 + R , r2 + R , ...). R , ,

R = dx ex : Ep (r1 + R,..) = Ep

( r1 ,.. ) +

∂Ep

 

 

∂x1

 

 

 

+

∂E

p

 

.

 

+...... dx

 

∂x2

 

 

 

 

' , - ) ' , '

, ' ( ). R ,

' , ' , , ,

II & ' .

! ' , ' ,

' , . / '

" dϕ.

, dA = (M1 + M2 + ...) dϕ = 0 " '

, ' , .

1.27 *

$ -

. &, " - x,y,z,

- ρ, θ, ϕ. ' . $ 6 ",

. + , ",

, . ( " ", .

f(x,y,z)=0 - , "

. 3, .

, ". ",

. $ "

y

. $ ,

(x,y). &

 

 

(x2 + y2 = R2) ,

 

.

x"

,, (0,R).

" L .

n

' . , " , " "

' 3n . 3n

. $ - . ( "

' f. 0 ' f q1 , q2 ,...., qf , ' n .

. $ '

. 2 ' '

.

.((. 2 '

: .(( (3 )

(3 ) . 0 " ' - " .(( 6

.

3 4. #

1.28. 3

/ , '

q. ( " , ) "

Ep(q) , . , , - ' " )

Ep

 

 

 

 

 

 

 

, )

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

'

q,

" ,p(q) ≤

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(

,

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

" ). $

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" ( ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q1 q2 " (

). (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

q0

 

 

 

"

 

 

 

q1

q0 q2

q3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. $ '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

(

 

 

) ' ' ' " - ' . # ,

( . )). $ " . / )

" q0 - " :

E

 

(q) = E

 

(q

 

) +

dE p

 

 

(q − q

 

) +

d 2 E p

(q − q

 

)2

+......

 

 

 

 

 

 

 

p

p

0

dq

 

q=q0

0

dq2

0

 

 

 

 

 

 

 

q−q0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( q = q0 ) " ,

)

. ,

 

k/2,

) "

 

,

), q0

 

 

E p ( q ) = E p ( q 0 ) +

k

( q − q 0 ) 2 ; f ( q ) = − k ( q − q 0 )

 

2

 

 

 

 

 

( , , " ' ), ,

, . %,

' ' -

( ) . #, ' ,

II &. 0 ) m

" mW = F

d2 q

m dt 2 = −k(q − q0 ) . x = q - q0, ).

, "

. ( ", ω2 = k / m, m x’’ = -k x x’’ + ω2 x = 0. $ : ,

, .

" " '

) x (t) = A1 Sinωt + A2

Cosωt = A Sin(ωt + ϕ0). tgϕ0

 

A 2

 

 

 

 

=

;A = A12

+ A22 . * )

A1

 

 

 

 

 

 

( ) :

x(t) = A Sin (ωt + ϕ0)

. , ω - , ϕ0 -

, ϕ(t) = ωt + ϕ0 - . ,

,

. " , ,

E =

mv 2

+

kx 2

=

2 A 2 Cos2

ϕ

+

kA 2 Sin 2

ϕ

=

2 A 2

2

2

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

. ( , . 0

, ' .

1.29 * ( , " )

* '

' ' . 0 ' '

, , ' x << 1.

 

(+(

) ( ). ! II

 

 

 

 

& " , "

 

 

 

 

(" ):

 

 

 

 

 

 

m a = F

; OX:

ma = - mg Sinα

 

 

 

 

 

 

 

 

(

x << 1, "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

x . 7, a = x’’,

 

 

 

 

Sinα α

= x/l. ( "

a = − l

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

" '

 

x"+ l x = 0 .

 

 

 

x

 

 

 

O

mg

 

 

 

ω0 =

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

" . *

T =

ω0

= 2π g

. %,

), "

x(t) = A Sin (ω t + ϕ0). 0 "

'

 

. , , :

) ":

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) +( '0

. ( "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x|t=0 = x0

"

 

 

 

 

 

v|t=0 = 0

 

 

x(t) = x0 Cos ω0t

 

 

 

 

 

 

 

 

2) +( v0 .

( "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x|t=0 = 0

ϕ0= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v|t=0 = v0

 

 

x(t) = v00 Sin ω0t

 

 

 

 

 

 

 

 

«" ». / ,

 

 

 

 

 

. $

 

 

 

 

 

" ",

 

 

 

 

 

' 3

 

 

m

 

 

F

= - k x ( - ),

 

 

 

 

. ( " II & ma = F + mg +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N ) ' : ma = - kx. *

 

 

 

x

 

 

 

" '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

' ω0

=

 

 

 

 

 

 

 

m

T =

2

π m .

/ '

"

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

" .

 

 

«

 

 

». .((, "

 

"

 

.

 

2

 

 

 

 

ω 0 =

 

m g a , T

= 2 π

 

I

 

, " m - .((, - .

 

 

I

 

 

m g a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) .((, I - ) .(( ..

 

 

 

 

 

1.30 ! ' '

" ,

'. * ' " . # ", , ' '

, ' '.

« », , "

" ' 6 F = - βv = - βx. ! II

& ma = - kx - βv x’’ = - ω02 x - β/m x. γ = β/2m;

ω02 = k/m, " : x’’ + 2 γ x+ ω02 x = 0

/ " - ', ,

. %

x(t) = x0 e- α t Cos ωt

ω α. 0 '

'

. $

2 - ω2 + ω02 - 2αγ) x0 e- α t Cos ωt + (2αω - 2ωγ) x0 e- α t Sin ωt = 0

2 ',

" ( ) . $

α ω: α = γ; ω = ω20 − γ 2 . ( , ' '

" :

 

 

− γ t

 

 

 

 

 

 

 

x ( t ) =

x 0 e

ω

2

− γ

2

t .

 

C o s

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ '. & ' "

' ( ) '

( ) ' '.

x

x

 

O

t

 

 

O

t

$ ,

"

1.31 '

,

' . '

, " . 7 II

& : ma = - kx - 2 γ m x+ F0 Cosωt

x’’ + 2 γ x+ ω02 x = (F0/m) Cos ωt.

$) ' . * "

τ ' (

Соседние файлы в папке Васильев