Материал: УМК Коровкин-Кулик

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

w =

VA

 

AP = 6

 

см;

w = 0,964 с−1

;

3

 

2

АР

 

2

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

Определяем скорость точки В:

VB = w2 × BP2 ; BP2 =12 см;

V =11,56

cм

;

w =

VB

=1,93 c−1 .

 

 

B

с

 

3

BO

 

 

 

 

 

Ускорение точки В определяем по формуле, учитывающей, что точка В соединяет звенья 2 и 3:

aBn + aBτ = aA + aBAn + aBAτ .

Вычисляем вектора, входящие в формулу; те вектора, которые неиз- вестны, определим из уравнений

 

n

 

2

 

22,3 см/с

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 54

 

aB

 

= w3 ×OB =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

= w2

× AB = 5,58 см/с2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BA

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектируем равенство на оси координат:

x;

-aBn cos 60 + aBτ cos30 = aA - aBAn ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aBτ =15,6 см/с2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aB =

(aBn )2 + (aBτ )2

= 27, 2 см/с2 .

y;

-aBn sin 60 - aBτ sin 30 = -aBAτ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aBAτ = 27 см/с2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e3 =

aBAτ

 

= 4,5 c

−2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельного решения

 

Задание 1. Найти скорость ползуна

 

 

 

 

 

B нецентрального кривошипного меха-

 

 

 

 

 

низма при двух горизонтальных и двух

 

 

 

 

 

вертикальных

положениях кривошипа,

 

 

 

 

 

вращающегося вокруг вала O (рис. 55) с

 

 

 

 

 

угловой

скоростью

ω = 1,5 рад/с,

если

 

 

 

 

 

OA = 40 см, AB = 200 см, OC = 20 см.

 

 

 

 

Рис. 55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

191

 

Задание 2. Найти ускорения точек A и B кри-

вошипно-ползущего

механизма (рис. 56), если

ω

= 10 с−1 ; ε

0

= 2 с−2

; OA = 20 см; AB = 100 см;

0

 

 

 

α = β = 45° .

Рис. 56

Тема 10. Сложное движение точки

Цель занятия: рассмотреть применение теоремы о сложении скоро- стей и теоремы Кориолиса к определению скорости и ускорения точки в сложном движении.

Сложное движение точки

Движение точки, участвующей одновременно в двух или более дви- жениях, называется сложным или абсолютным.

Движение точки относительно подвижной системы отсчета называ- ется относительным.

Движение подвижной системы координат относительно неподвиж- ной называется переносным движением.

Скорость точки в сложном движении равна

Vабс = Vпер + Vотн ,

где Vпер скорость точки в переносном движении; Vотн скорость точки

в относительном движении.

Ускорение точки в сложном движении равно геометрической сумме ее ускорений в переносном, относительном движении и ускорения Корио- лиса (теорема Кориолиса):

 

aабс = aпер + aотн + aкор .

 

Кориолисово ускорение

 

 

 

 

aкор

= 2ω×Vотн .

 

Модуль

кориолисова уско-

 

рения равен

 

 

 

 

Рис. 57

aкор = 2ω×Vотн sin(ω×Vотн) .

 

192

 

Для нахождения направления aкор применяем правило Н.Е. Жуков-

ского: чтобы получить направление aкор , следует повернуть проекцию

вектора Vотн в плоскость, перпендикулярную к ω, в сторону вращения, на

90º.

Пример 1. Определить абсолютную скорость и аб- солютное ускорение точки М, движущейся по дуге тела D, вращающегося вокруг подвижной оси, в момент времени t1 = 1 c. Точка М на рис. 58 изображена в направлении по- ложительного отсчета расстояния ОМ.

Дано: ϕ = 4t t 2

 

πt

− 20π см.

рад. OM = S = 20πsin

 

 

 

6

 

R = 30 см; t1 = 1 с.

Рис. 58

Найти: Vабс, аабс.

Решение. Движение точки М относительно оси О1О2 абсолютное, вращение тела D относительно оси О1О2 переносное, движение точки М от- носительно тела D относительное.

Определяем положение точки М в момент

времени t1 = 1 c:

 

ОМ

1

= −10π см; α = OM = − π .

 

R

3

 

 

Радиус траектории точки в переносном движении h = R cos 60° = 15 см.

Угловая скорость и угловое ускорение пе- реносного движения

ω = dϕ = 4 − 2t ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 59

 

 

ε = −2 рад/с2;

 

при t

 

= 1 с

 

ω = 2 рад/с2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютная скорость (рис. 59) V

абс = Vпер + Vотн ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS

 

π2

πt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

=

 

 

 

= 20

 

cos

 

 

, при t = 1 с

V = 28,5 см/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отн

 

 

 

dt

 

 

6

 

6

 

 

 

1

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отн СМ1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер = wh = 2 ×15 = 30 см/с,

 

 

пер h .

 

 

 

 

 

V

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, V

 

= V

2

 

+ V 2

 

= 41, 4 см/с.

Т.к V

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

отн

 

абс

 

 

пер

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

193

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютное ускорение находится по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

n

 

 

 

+

 

τ

 

+

 

n

+

 

n

 

 

+

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

а

 

 

 

а

 

a

a

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

абс

 

 

 

пер

 

 

 

пер

 

 

 

отн

 

 

 

отн

 

 

кор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

 

= ω2h = 60 см/с2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aτ

 

 

 

= εh = 30 см/с2;

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aτ

 

h;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20π3

 

πt

 

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aотнτ

 

 

 

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aпер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

отн

= −

 

 

 

 

sin

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

6

 

 

Рис. 60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vотн2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

n

 

 

2

 

 

 

 

 

при t

 

= 1 с a

 

 

 

 

 

= −8,6 см/с ; a

=

 

 

 

= 27,1 см/с .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отн

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кориолисово ускорение (рис. 60)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

= 2ωV

sin 60° = 98,7 см/с2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кор

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проекции на оси координат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X ;

 

a

абсХ

= аτ

 

а

 

 

 

= −68,7 см/с2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

 

кор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y ; a

= аτ

 

cos30° + аn

 

 

cos 60° − an

 

 

= −53,9 см/с2.

 

 

 

абсY

 

отн

 

 

 

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z ; a

абсZ

= аn

cos30° − аτ

 

 

 

sin 60° = −19,1 см/с2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

отн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

=

 

а

2

 

+ а2

 

 

+ a2

 

 

 

= 89, 4 см/с2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

абс

 

 

 

абсХ

 

 

абсY

 

 

 

 

абсZ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для самостоятельного решения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1. Шарик Р движется со скоростью

 

 

 

 

 

1,2 м/с от А к B по хорде диска, вращающегося во-

 

 

 

 

 

круг оси, проходящей через его центр перпендику-

 

 

 

 

 

лярно к плоскости диска (рис. 60). Найти абсолют-

 

 

 

 

 

ные скорость и ускорение шарика, когда он нахо-

 

 

 

 

 

дится на кратчайшем расстоянии от центра диска,

 

 

 

 

 

равном 30 см. В этот момент времени угловая ско-

 

 

 

 

 

рость

 

диска

 

равна 3

рад/с,

угловое

 

замедление

 

 

 

 

 

8 рад/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 2. Решить задание 1 в предположе-

Рис. 61

 

 

нии, что диск вращается вокруг диаметра,

парал-

 

 

 

 

 

лельного хорде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

194

ДИНАМИКА

Теоремы о движении центра масс системы и об изменении количества движения системы

Цель занятия: изучение особенностей применения теорем к исследо- ванию движения механических систем.

Центром масс системы называется точка, характеризующая распре- деление масс в системе, радиус-вектор которой определяется по формуле

 

 

 

 

 

= (mк

rк )

.

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

c

М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Координаты центра масс:

 

 

 

 

 

 

 

 

x = (mкхк )

;

y = (mк yк )

;

z

c

= (mкzк )

,

c

М

 

 

c

М

 

 

М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где xк, yк, zк координаты точек системы; mк масса точки; М масса всей системы.

Теорема о движении центра масс системы устанавливает взаимо- связь между внешними силами, действующими на систему, и ускорением центра масс:

M ac = Fке .

Закон сохранения движения центра масс:

Fке = 0 , т.е. r c = const .

Количество движения системы

Q = mкVк .

Теорема об изменении количества движения системы:

dQ = Fке в дифференциальной форме; dt

Q Q0 = Sк в интегральной форме.

Пример 1. По горизонтальной товарной платформе длиной 6 м и массой 2700 кг, находящейся в начальный момент в покое, рабочие пере- катывают тяжелую отливку из левого конца платформы в правый (рис. 62).

В какую сторону и насколько пере- местится при этом платформа, если общая масса отливки и рабочих равна

1800 кг? Силами сопротивления дви- Рис. 62 жению платформы пренебречь.

195

Источник: https://studfile.net/preview/16531417/