Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТМ141-321.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
21.08.2019
Размер:
2.59 Mб
Скачать

4.3. Введение в динамику механической системы

4.3.1. Дифференциальные уравнения движения механической системы

Изученная теория движения материальной точки под действием приложенных к ней сил применима для анализа движения реальных тел, если размерами этих тел можно пренебречь. Но в большинстве случаев это недопустимо, тогда для решения задачи применяется теория движения системы материальных точек механической системы.

Механической системой материальных точек или тел называется такая их совокупность, в которой положение или движение каждой точки зависит от положения всех остальных точек.

Материальное телоэто механическая система, образованная непрерывной совокупностью материальных точек (частиц).

Совокупность тел, между которыми нет ни каких сил взаимодействия, механическую систему не образует. В соответствии со сказанным, силы, действующие на точки или на тела системы, можно разделить на внешние и внутренние.

Сила внешняя – сила, действующая на какую-либо материальную точку механической системы со стороны тел, не принадлежащих рассматриваемой механической системы. Обозначим ее .

Внутренняя сила – сила, действующая на какую-либо материальную точку механической системы со стороны других материальных точек, принадлежащих рассматриваемой механической системы обозначим .

Как внешние, так и внутренние силы могут быть в свою очередь активными или силами реакции связей. Разделение на внешние и внутренние является условным и зависит от того, движение какой системы сил мы рассматриваем. Внутренние силы обладают следующими свойствами:

Геометрическая сумма (главный вектор) всех внутренних сил равен нулю. Действительно по третьему закону динамики любые две точки системы действуют друг на друга силами, равными по модулю и противоположно направленными сумма которых равна нулю (рис. 4.16). Так как аналогичный результат имеет место для любой пары точек, то ;

  1. Сумма моментов (главный момент всех внутренних сил системы) относительно любого центра или оси равняется нулю

,

следовательно, для всей системы:

.

Д ля анализа движения механической системы самый прямой метод состоит в ее трактовке как совокупности материальных точек и в использовании для анализа ее движения мето-дами динамики точки. Так, пусть нам дана система состоящая из п материаль-

Рис. 4.16 ных точек.

Освободим мысленно каждую из точек от наложенных на нее внешних и внутренних связей и приложим к ней равнодействующие действующих на нее внешних и внутренних сил. Тогда все точки модно считать свободными и для них модно записать основное уравнение динамики точки:

, (k = 1,2,…,n). (4.33)

Спроектировав эти векторные равенства на оси декартовой системы координат, получим систему 3п дифференциальных уравнений:

,

, (k = 1,2,…, n).

,

Эти 3п уравнений являются дифференциальными уравнениями движения системы материальных точек. Проинтегрировав эту систему уравнений второго порядка и определив по начальным условиям произвольные постоянные, мы найдем движение каждой точки и, следовательно, системы в целом.

Но такой метод решения для большинства практических задач неприемлем из-за математической сложности. Трудности возникают еще из-за того, что ни внутренние силы, ни силы реакции связей, как правило, неизвестны. В большинстве задач не требуется определять движение каждой точки системы, а достаточно найти параметры, характеризующие движение системы в целом. Эти суммарные характеристики движения механической системы определяются с помощью общих теорем динамики, являющиеся следствием дифференциальных уравнений движения системы (4.33).