книги из ГПНТБ / Потеев М.И. Теоретическая механика. Динамика учеб. пособие для радиотехн. специальностей вузов
.pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ЯРОСЛАВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (голииноП)
РЫБИНСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
М. И. П О Т Е Е В
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
МЕХАНИКА
ДИНАМИКА
(учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов)
Ярославль 1974
Гос. публичная 'I
научно-тс:: .■.«-■с»ая |
библиотека •. ‘С-Р |
j |
ЭК ЗЕМПЛЯ Р |
I |
С ТАЛ ЬН О ГО ЗАЛА |
1 |
'н - з а Т& я ' |
|
|
|
|
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
|
||
§ |
I. |
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИНАМИКИ ........................................... |
.. |
9 |
|||
§ |
2. |
ДИНАМИКА |
МАТЕРИАЛЬНОЙ |
ТОЧКИ ............................................... |
|
14 |
|
|
|
п. I . Определенна |
сил, |
приложенных к материальной |
|
||
|
|
точке по ее |
движению .................................................. |
|
14 |
||
|
|
п. 2. Определение движения материальной.точки по |
|
||||
|
|
силам, приложенным к ней |
' ...................... |
22 |
|||
|
|
п.З . Задачи, связанные с работой электронно-луче |
|
||||
|
|
вых трубок |
....................................................................... |
|
|
26 |
|
|
|
п. 4. Основное уравнение динамики для неинерциаль- |
|
||||
|
|
ных систем |
отсчета ............................... |
|
31 |
||
|
|
п. 5. Основное уравнение динамики несвободной ма |
|
||||
|
|
териальной |
точки .......................................................... |
|
35 |
||
§ |
3. |
ВВЕДЕНИЕ^ В ДИНАМИКУ СИСТЕМЫ . ............................................. |
39 |
||||
§ |
4. |
ТЕОРЕМА О ДВИЖЕНИИ ЦЕНТРА МАСС |
МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ |
42 |
|||
|
|
п. I . Центр масс |
механической системы и теорема о |
|
|||
|
|
его движении |
............................................................ |
|
42 |
||
|
|
п. 2. Динамическое уравнение поступательного движе |
|
||||
|
|
ния твердого т е л а ...................................................... |
|
48 |
|||
|
|
п. 3. Понятие о равнодействующей совокупности сил . |
49 |
||||
|
|
п. 4. Поступательное движение твердого тела по |
|
||||
|
|
плоскости. |
Сила |
трения ............................................. |
|
50 |
|
§ |
5. |
ТЕОРЕМЫ ОБ ИЗМЕНЕНИИ. КИНЕТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ МЕХАНЙ-. |
|
||||
|
|
ЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ........................ |
|
|
|
55 |
|
|
|
п. I . |
Моменты силыотносительно центра и оси ......... |
55 |
|||
|
|
п. 2. Теорема об изменении кинетического момента |
|
||||
|
|
механической системы относительно неподвижно |
|
||||
|
|
го центра |
......................................................................... |
|
|
60 |
|
|
|
п. 3. Теорема об изменении кинетического момента |
|
||||
|
|
механической системы относительно ее центра |
|
||||
|
|
масс ................. |
|
|
|
63 |
|
|
|
' - |
4 - |
|
|
п. |
4 . |
Теорема об изменении кинетического момента |
||
|
|
. |
механической |
системыотносительно оси ............. |
65 |
|
п. |
5 . |
Динамическое уравнение. вращения тела вокруг |
||
|
|
|
оси .............................................. |
|
68 |
|
п. |
6 . |
Вычисление моментов инерции тела относитель |
||
|
|
|
но оси ............................ |
|
70 |
|
и. |
7 . |
Об учете в динамическом уравнении вращатель |
||
|
|
|
ного движения тела сил тяжести. Центр тя |
||
|
|
|
жести .................................................................................. |
|
76 |
|
п. |
8 . |
Задачи, связанные с конструированием ленто- |
||
|
|
|
протякных механизмовмагнитофонов ..................... |
79 |
|
|
я. |
9. |
Задачи по основам механики космических |
поле |
|
|
|
|
тов .................................................................................... |
|
85 |
§ в . |
ДИНАМИКА ГАРМОНИЧЕСКОГО ОСЦИЛЛЯТОРА ........................... |
88 |
|||
|
я . |
I . |
Гармонический осциллятор ..................................... |
88 |
|
|
п. |
2 . |
Свободные незатухающие колебания гармоничес |
||
|
|
|
кого осциллятора ..................................................... |
94 |
|
|
я. |
3 . |
Свободные затухающие колебания гармоническо |
||
|
|
|
го осциллятора ............. |
95 |
|
|
п. |
4- |
Вынужденные колебания гармонического осцил |
||
|
|
|
лятора в случае, когда возмущающая сила яв |
||
|
|
|
ляется гармонической функцией времени ............. |
104 |
|
|
я. |
5. |
Вынужденные колебания гармонического осцил |
||
|
|
|
лятора в случае, когда возмущающая сила яв |
||
|
|
|
ляется.периодической функцией времени ............. |
118 |
|
|
п. |
6. |
Задачи, связанные с работой приборов для из |
||
|
|
|
мерения механических и электрических величин 123 |
||
|
о. 7 . Электромеханические .аналогии ...................... |
133 |
|||
§ 7 . |
СФЕРИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА, ДВИЖЕНИЕ СВОБОДНОГО. |
||||
|
ТЕЛА И СЛУЧАЙ РАВНОВЕСИЯ ................................................... |
140 |
|||
|
п. I . Кинетический |
момент твердого тела, совершаю |
|||
|
|
|
щего сферическое движение, относительно |
цент- |
|
|
|
. ра вращения ................................................................ |
|
140 |
|
|
я. |
2, |
Главные оси инерции твердого тела .................. |
142 |
|
|
я. |
3. |
Динамические |
уравнения сферического движения |
|
|
|
. |
твердого тела |
............................................................. |
148 |
|
п. 4 . Динамические |
уравнения движения свободного |
|||
|
|
|
твердого тела |
.............................................................. |
150 |
5
|
|
а. |
5, |
Уравнения равновесия твердого |
тела |
. . . . |
153 |
|
|
п. 6. Задачи на равновесие твердого тела |
. . . . |
155 |
|||
§ |
8. |
ТЕОРЕМА ОБ ИЗМЕНЕНИИ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МЕ |
|
||||
|
|
ХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ...................................................... |
|
|
161 |
||
|
|
д. I . Кинетическая энергия ................................... |
|
|
161 |
||
|
|
п. 2. Работа силы ...................................................... |
|
|
162 |
||
|
|
д. |
3. |
Теорема |
об изменении кинетической |
энер |
|
|
|
|
|
гии механической системы .......................... |
|
|
168 |
§ |
9. |
УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В |
|
||||
|
|
ОБОБЩЕННЫХ КООРДИНАТАХ ........................................... |
|
|
172 |
||
|
|
п. |
I . |
Возможные перемещения механической сис |
|
||
|
|
|
|
темы и идеальные связи ................................ |
|
|
173 |
|
|
п. 2. Обобщенные координаты ................................... |
|
|
176 |
||
|
|
п. 3. Обобщенные силы ............................................. |
|
|
180 |
||
|
|
п. 4. Уравнения Лагранжа ......................................... |
|
|
181 |
||
|
|
п. |
5. |
Порядок |
решения задач с помощью уравне |
|
|
|
|
|
|
ний Лагранжа .................................................... |
|
|
184 |
|
|
д. |
6. |
Задачи по основам механики космических |
|
||
|
|
|
|
полетов |
|
|
185 |
|
|
п. 7. Задачи, |
связанные с работой реле вре |
|
|||
|
|
|
|
мени |
|
|
192 |
§ |
10. |
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАДИОЭЛЕКТРОННУЮ |
|
||||
|
|
АППАРАТУРУ ............. . |
|
|
198 |
||
|
|
п.1 . Понятие ................................о напряжениях |
|
|
199 |
||
|
|
п. |
2. |
Виды механических воздействий.и их основ |
|
||
|
|
|
|
ные характеристики ......................................... |
|
|
205 |
|
|
п. |
3. Амортизация радиоаппаратуры. Поступа |
|
|||
|
|
|
|
тельное движение амортизированного бло |
|
||
|
|
|
|
ка ..................... |
|
|
213 |
|
|
п. |
4. Амортизация радиоаппаратуры. Произволь |
|
|||
|
|
|
|
ное движение амортизированного |
бло- |
|
|
|
|
|
' |
ка ......................................................................... |
|
|
220 |
- 6 -
к. о. О вычислении полокения центра |
тякести |
||
|
и осевых моментов инерции блоков рацио- |
||
|
аппаратуры ........................................................ |
|
227 |
п. в. |
Об испытаниях радиоаппаратуры |
в |
условиях |
|
механических воздействий ................... |
|
233 |
п. 7. |
Задачи, связанные с испытаниями радио |
||
|
аппаратуры в условиях, механических воз |
||
|
действий ..................... |
|
237 |
НИТКРАГУРА |
............................................................................... |
|
249 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая работа является второй частью пособия по тео ретической механике для радиотехнических специальностей вузов.
В первой |
части [25] излагаются основы кинематики, во второй |
- основы |
динамики. |
Динамика является частью теоретической механики, в которой цвикения тел изучаются в связи с причинами, вызывающими эти движения или влияющими на них. Основными понятиями динамики яв ляются масса, сила, момент силы, количество двивения, кинети ческая энергия, работа, мощность. Уравнения динамики устанавли вают связь мекцу динамическими н кинематическими характеристи ками механического цвикения.
Динамические задачи в радиотехнике встречаются, например, при конструировании механизмов настройки и управления радиоап паратуры, при создании электронно-лучевых трубок, используемых в телевизорах и осциллографах и т.п . С помощью динамики рас сматриваются вопросы защиты радиоаппаратуры от влияния механи ческих воздействий (вибраций, ударов и больших ускорений объектов).
В данном пособии излокены основы динамики материальной точ ки и механической системы. Из методов динамики системы сооб щаются общие теоремы и урйзнения Дагранка второго рода. Даны основные сведения о свободных и вынужденных колебаниях гармони ческого осциллятора. Затронут вопрос об электромеханических аналогиях. Описаны механические воздействия на радиоаппаратуру, методы защиты ее от этих воздействий и методы испытаний. Форму лируется ряд задач, связанных с работой и конструированием ра диотехнических, электронных, электроизмерительных и некоторых других приборов и устройств. Одни задачи сопровождаются приме-
- 8 -
paio решений, другие предлагаются для самостоятельного обду мывания. В конце книги приводится список основной литературы,
попользованной |
при написании пособия и, в частности, при со |
|
ставлении задач. |
|
|
По замыслу |
автора, |
пособие цолкно слукить дополнением к |
известным курсам по теоретической механике (например, [ 7 , I I , |
||
28, 32, 3 3 ] ) . |
Оно ни в |
какой степени не претендует на полно |
ту изложения динамики и содержит лишь иллюстрации использова ния некоторых положений теоретической механики в приборострое-_
НИИ.
Автор сердечно благодарит всех, кто оказал помощь в оозда-_ нии пособия. Подробно ознакомились с предварительным вариантов и высказали ряд существенных замечаний и советов профессора Ишкова А .Г ., Поляхов Н.Н., доценты Львович А.Ю., Шимкович А.А.^ Пособие обоукцалооь на кафедрах теоретической механики МАИ и РАШ. Постоянное внимание работе уделял профеооор А.А.Яблон овой. По большинству вопросов, затронутых в пособии, автор неоднократно беседовал с канд.техн.наук Потеевой Л.С.
§I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИНАМИКИ
Вдинамике устанавливаются зависимости между кинематичес кими характеристиками движений тел и причинами, которые вызы вают эта движения или влияют на них.
Динамика имеет аксиоматическое построение. Эго означает, что все соотношения, связывающие кинематические параметры дви жений тел с причинам движений, выводятся из ряда аксиом. По следние представляют собой недоказуемые, но подтверждаемые опы тами положения, которые принимаются в какой-либо теории за ис ходные.
Динамика строится на четырех аксиомах. Первое системати ческое изложение аксиом динамики (а такие связанных с ними оп
ределений) дано И.Ньютоном в сочинении "Математические начала натуральной философии". Впервые оно было опубликовано в 1687
году. Имеется русский перевод |
указанного сочинения. Этот пере |
|
вод выполнен академиком А.Н.Крыловым и напечатан з УП томе |
||
собрания его трудоз. |
|
|
Сформулируем аксиомы динамики и определения, связанные с |
||
ними, в следующем вице* |
|
|
Матеркальное |
тело, размеры |
которого так малы, что различи |
ем в дзикении его |
частиц мокно |
пренебречь, называется мате |
риальной точкой. Материальными точками могут считаться как бес
конечно малые |
частицы твердых и упругих тел, частицы жидкостей |
||||
и газо в , так |
и тела сравнительно |
больших размеров. |
|
||
П е р в а я |
а к с и о м а |
(.аксиома |
существования |
инер |
|
циальных систем отсчета). В окружающем нас |
пространстве |
сущест |
вуют такие системы отсчета, относительно которых материальная точка, удаленная от всех других тел на бесконечно большое рас стояние, либо покоится, либо двинется равномерно и прямолиней но из любого начального половения при любом направлении началь ной скорости.