Способы задания движения точки
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3
- Задать движение точки — значит задать изменение ее положения по отношению к выбранной системе отсчета. Существуют три основные системы отсчета: векторная, координатная, естественная.
- В векторной системе положение точки относительно начала отсчета задается радиус-вектором.
Закон движения: . - В системе координат OXYZ положение точки задается тремя координатами X, Y, Z.
Закон движения: x = x(t), y = y(t); z = z(t). - В естественной системе отсчета положение точки задается расстоянием S от начала отсчета до этой точки вдоль траектории.
Закон движения: .
Движение точки, при естественном способе задания движения, определено если известны:
1) Траектория движения.
2) Начало и направление отсчета дуговой координаты.
3) Уравнение движения.
При естественном способе задания движения, в отличии от других способов, используются подвижные координатные оси, движущиеся вместе с точкой по траектории. Такими осями являются:
Касательная (τ) – направлена в сторону возрастания дуговой координаты по касательной к траектории.
Главная нормаль (n) – направлена в сторону вогнутости кривой.
Бинормаль (b) – направлена перпендикулярно к осям τ, n.
Определение кинематических характеристик точки
- Траектория точки
В векторной системе отсчета траектория описывается выражением: .
В координатной системе отсчета траектория определяется по закону движения точки и описывается выражениями z = f(x,y)— в пространстве, или y = f(x) – в плоскости.
В естественной системе отсчета траектория задается заранее. - Определение скорости точки в векторной системе координат
При задании движения точки в векторной системе координат отношение перемещения к интервалу времени называют средним значением скорости на этом интервале времени: .
Принимая интервал времени бесконечно малой величиной, получают значение скорости в данный момент времени (мгновенное значение скорости): .
Вектор средней скорости направлен вдоль вектора в сторону движения точки, вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения точки.
Вывод: скорость точки – векторная величина, равная производной от закона движения по времени.
Свойство производной: производная от какой либо величины по времени определяет скорость изменения этой величины. - Определение скорости точки в координатной системе отсчета
Скорости изменения координат точки:
.
Модуль полной скорости точки при прямоугольной системе координат будет равен:
.
Направление вектора скорости определяется косинусами направляющих углов:
,
где — углы между вектором скорости и осями координат. - Определение скорости точки в естественной системе отсчета
Скорость точки в естественной системе отсчета определяется как производная от закона движения точки: .
Согласно предыдущим выводам вектор скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения точки и в осях определяется только одной проекцией .
Ускорение точки
- По определению ускорение характеризует изменение скорости, то есть скорость изменения скорости.
- Ускорения точки в векторной системе отсчета
На основании свойства производной:
.
Вектор скорости может изменяться по модулю и направлению.
Вектор ускорения направлен по линии приращения вектора скорости, т. е. в сторону искривления траектории. - Ускорение точки в координатной системе отсчета
Ускорение изменения координат точки равно производной по времени от скоростей изменения этих координат:
.
Полное ускорение в прямоугольной системе координат будет определяться выражением:
.
Направляющие косинусы вектора ускорения:
. - Ускорение точки в естественной системе отсчетаПриращение вектора скорости можно разложить на составляющие, параллельные осям естественной системы координат:
.
Разделив левую и правую части равенства на dt, получим:
,
где — тангенциальное ускорение;
— нормальное ускорение;
R — радиус кривизны траектории в окрестности точки.
Кинематика твердого тела
- В кинематике твердых тел решаются две основные задачи:
1) задание движения и определение кинематических характеристик тела в целом;
2) определение кинематических характеристик точек тела. - Поступательное движение твердого тела
Поступательное движение — это движение, при котором прямая, проведенная через две точки тела, остается параллельной ее первоначальному положению.
Теорема: при поступательном движении все точки тела движутся по одинаковым траекториям и имеют в каждой момент времени одинаковые по модулю и направлению скорости и ускорения.
Вывод: поступательное движение твердого тела определяется движением любой его точки, в связи с чем, задание и изучение его движения сводится к кинематике точки. - Вращательное движение твердого тела вокруг неподвижной оси
Вращательное движение твердого тела вокруг неподвижной оси — это движение твердого тела, при котором две точки, принадлежащие телу, остаются неподвижными в течение всего времени движения.
Положение тела определяется углом поворота . Единица измерения угла – радиан. (Радиан — центральный угол окружности, длина дуги которого равна радиусу, полный угол окружности содержит 2π радиана.)
Закон вращательного движения тела вокруг неподвижной оси .
Угловую скорость и угловое ускорение тела определим методом дифференцирования:
— угловая скорость, рад/с;
— угловое ускорение, рад/с².
Если рассечь тело плоскостью перпендикулярной оси, выбрать на оси вращения точку С и произвольную точку М, то точка М будет описывать вокруг точки С окружность радиуса R. За время dt происходит элементарный поворот на угол , при этом точка М совершит перемещение вдоль траектории на расстояние .
Модуль линейной скорости:
.
Ускорение точки М при известной траектории определяется по его составляющим :
,
где .
В итоге, получаем формулы
тангенциальное ускорение: ;
нормальное ускорение: .
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!