Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
К1, К2 пример.doc
Скачиваний:
3
Добавлен:
01.12.2018
Размер:
1.75 Mб
Скачать

Задание д4

Для условия задания К1 (положение точки М на стержне АВ задано величиной АМ = S = S1 = 30 см ), угол поворота кривошипа определяется выражением = ), для момента времени t = t1= c, найти проекции на оси координат и главного вектора действующих на механическую систему внешних сил.

Решение

Воспользуемся теоремой о движении центра масс механической системы, которая в данной задаче состоит из стержня АВ и материальной точки М

,

где М = m1 + m2 – масса механической системы (m1 – масса стержня, m2 – масса материальной точки М), сумма внешних сил действующих на точки и тела механической системы, вектор ускорения центра масс механической системы.

Запишем теорему о движении центра масс системы в проекциях на заданные оси координат Ох и Оу

,

,

где и есть искомые величины (нужно определить не какую-нибудь конкретную силу из показанных на рисунке, а величины, характеризующие действие всех внешних сил).

Для их определения надо вычислить проекции на оси координат вектора ускорения центра масс системы, которые находятся как вторые производные от выражений координат хС и уС центра масс по времени.

,

.

Найдем координаты центра масс системы с помощью уравнений

=,

= ,

здесь х1, у1, х2, у2 - координаты соответственно центра масс стержня АВ и материальной точки М.

Проекции вектора ускорения центра масс системы на оси координат можно найти, вычислив вторые производные от полученных уравнений. Подставив в эти зависимости выражение , найдем

() + [],

= () + [].

Для момента времени t = c с учетом значений величин ОА = 40 см = 0,4 м, АВ = 100 см = 1 м, S = 30 см = 0,3 м, получим

() + [] =

0,1364 м/с2,

= () + [] =

0,5284 м/с2.

Зная и , вычислим проекции на оси координат 0х и 0у главного вектора действующих на механическую систему внешних сил

= = (15 + 5)∙ 0,1364 = 2,729 Н,

= = (15 + 5)∙ 0,5284 = 10,569 Н.

Задание д5

Движение системы начинается из начального положения ( = 0) с ничтожно малой начальной скоростью под действием приложенного к стержню АВ постоянного по величине и направлению крутящего момента Мкр, который направлен так, что способствует увеличению угла . Полагая, что во все время движения S = S1 = const, найти зависимость угловой скорости АВ стержня АВ от угла . Применить теорему об изменении кинетической энергии.

Решение

Прежде всего, изобразим начальное положение механической системы

и положение системы в промежуточном положении

Запишем теорему об изменении кинетической энергии механической системы

Т2 – Т1= ,

здесь обозначено Т1 и Т2 - кинетические энергии системы соответственно в начальном и конечном положениях, и - суммы работ внешних и внутренних сил на рассматриваемом перемещении механической системы.

Кинетическая энергия системы в начальном положении равна нулю, так как в этом положении система находилась в покое (Т1= 0). Кинетическая энергия механической системы в конечном (произвольном, определяемом углом φ) положении определяется суммой кинетических энергий стержня АВ и материальной точки М, кинетическая энергия кривошипа не учитывается (равна нулю), так как массой кривошипа по условию задания следует пренебречь.

Т2 = ТАВ + ТМ.

Стержень совершает плоскопараллельное движение, формула для вычисления кинетической энергии имеет вид

ТАВ = +

где – скорость центра масс стержня, – момент инерции стержня относительно оси проходящей через его центр масс. Так как нужно получить буквенное выражение зависимости скорости от и , то сначала, как в задании К1, составим уравнения движения точки С1, а затем найдем ее скорость.

= – ОА + АС1 = – R + (АВ/2),

= – ОА + АС1 = – R + (АВ/2).

Для вычисления квадрата скорости точки С1 при координатном способе задания движения используют формулу

,

где - , проекции вектора скорости на оси координат.

= ,

=.

Тогда

( )2 + ()2 = = .

Выражение угловой скорости стержня получено ранее (в задании К2) .

Момент инерции тонкого однородного стержня относительно оси проходящей через центр масс С1 стержня находится по формуле

, где = АВ.

Подставляя найденные выражения в формулу кинетической энергии стержня, получаем

ТАВ = +.

Формула кинетической энергии для материальной точки М имеет вид .

Выражение квадрата скорости точки М () получим, используя найденные в задании К1 проекции скорости точки на оси координат

= ,

.

Тогда

= ()2 + ()2 = = .

Подставляя найденные выражения в формулу кинетической энергии точки, получаем

ТМ = .

Выражение кинетической энергии всей системы в конечном положении имеет вид

Т2 = +.

Вычислим сумму работ внешних сил действующих на механическую систему. Для этого на рисунке покажем внешние воздействия, к числу которых относятся силы тяжести , реакции внешних связей и крутящий момент Мкр.

.

Найдем работу каждой из сил в отдельности. Работы сил тяжести на заданном перемещении положительны

= (R − (АВ/2)),

= (R − S1).

Работы сил реакций связей в точках О и D равны нулю

, так как все эти силы приложены в неподвижных точках (перемещения точек приложения сил равны нулю).

Работа крутящего момента Мкр положительна и вычисляется по формуле .

Выражение суммы работ внешних сил имеет вид

= (R − (АВ/2)) + (R - S1) + = () + .

Определим сумму работ внутренних сил механической системы.

= 0 (трением мы пренебрегаем, систему образуют абсолютно твердые тела).

После подстановки найденных выражений в формулу теоремы об изменении кинетической энергии, получим

+ = () +

или, вынося за скобки, имеем

= () + ,

откуда

.

Это и есть искомая зависимость .