Вопрос 53(Сложное движение точки. Теорема о сложении ускорений при сложном движении точки)
Теорема сложения ускорений. Ускорение Кориолиса.
Ускорение составного движения точки М, или абсолютное ускорение этой точки, равно, очевидно, производной от абсолютной скорости точки М по времени t
Поэтому, дифференцируя равенство по времени, получим
.
Разделим слагаемые правой части этого равенства на три группы.
К первой группе отнесем слагаемые, содержащие только производные от относительных координат x,y и z, но не содержащие производные от векторов 
:
.
Ко второй группе отнесем слагаемые, которые содержат только производные от векторов , но не содержащие производных от относительных координат x,y,z:
.
Осталась еще одна группа слагаемых, которые не могли быть отнесены ни к первой, ни ко второй, так как они содержат производные от всех переменных x, y, z, 
. Обозначим эту группу слагаемых через 
:
.
Каждая из выделенных групп представляет собой, по крайней мере по размерности, некоторое ускорение. Выясним физический смысл всех трех ускорений: 
.
Ускорение 
, как это видно из равенства, вычисляется так, как если бы относительные координаты x,y,z изменялись с течением времени, а векторы оставались неизменными, т.е. подвижная система отсчета Oxyz как бы покоилась, а точка М двигалась. Поэтому ускорение представляет собой относительное ускорение точки М. Так как ускорение (и скорость) относительного движения вычисляется в предположении, что подвижная система отсчета находится а покое, то для определения относительного ускорения (и скорости) можно пользоваться всеми правилами, изложенными ранее в кинематике точки.
|
|
|
Ускорение 
, как это видно из равенства, вычисляется в предположении, что сама точка М покоится по отношению к подвижной системе отсчета Oxyz (x =const, y =const, z =const) и перемещается вместе с этой системой отсчета по отношению к неподвижной системе отсчета 
. Поэтому ускорение представляет собой переносное ускорение точки М.
Третья группа слагаемых определяет ускорение , которое не может быть отнесено не к относительному ускорению , так как содержит в своем выражении производные 
не к переносному ускорению , так как содержит в своем выражении производные 
Преобразуем правую часть равенства, припомнив, что
Подставляя эти значения производных в равенства, получим
или 
.
Здесь вектор 
есть относительная скорость 
точки М, поэтому
.
Ускорение называют ускорением Кориолиса. Ввиду того, что ускорение Кориолиса появляется в случае вращения подвижной системы отсчета, его называют еще поворотным ускорением.
С физической точки зрения появление поворотного ускорения точки объясняется взаимным влиянием переносного и относительного движений.
|
|
|
Итак, ускорение Кориолиса точки равно по модулю и направлению удвоенному векторному произведению угловой скорости переносного движения на относительную скорость точки.
Равенство, которое теперь можно сокращенно записать в виде
.
представляет теорему сложения ускорений в случае, когда переносное движение является произвольным: абсолютное ускорение точки равно векторной сумме переносного, относительного и поворотного ускорений. Эту теорему часто называют теоремой Кориолиса.
Из формулы следует, что модуль поворотного ускорения будет
где 
- угол между вектором 
и вектором 
. Чтобы определить направление поворотного ускорения , нужно мысленно перенести вектор 
в точку М и руководствоваться правилом векторной алгебры. Согласно этому правилу, вектор 
нужно направлять перпендикулярно к плоскости, определяемой векторами и , и так, чтобы, смотря с конца вектора , наблюдатель мог видеть кратчайший поворот от к 
происходящим против движения часовой стрелки (рис. 30).
Для определения направления 
можно также пользоваться следующим правилом Н. Е. Жуковского: чтобы получить направление поворотного ускорения , достаточно составляющую 
относительной скорости точки М, перпендикулярную к вектору , повернуть (в плоскости, перпендикулярной к вектору ) на прямой угол вокруг точки М в направлении переносного вращения (рис.51).
|
|
|
Рис.51
Если переносное движение подвижной системы отсчета есть поступательное движение, то 
и поэтому поворотное ускорение 
точки также равно нулю. Поворотное ускорение равно, очевидно, нулю и в том случае, когда в данный момент времени обращается в нуль.
Кроме того, поворотное ускорение точки может, очевидно, обращаться в нуль, если:
а) вектор относительной скорости точки параллелен вектору угловой скорости переносного вращения, т.е. относительное движение точки происходит по направлению, параллельному оси переносного вращения;
б) точка не имеет движения относительно подвижной системы отсчета или относительная скорость точки в данный момент времени равна нулю
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 637; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!