Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Качуринер Д.М. Теоретическая механика (краткий курс лекций) учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.89 Mб
Скачать

где

&

 

- равнодействующая всех

 

сил, действующих на

Но

W

-

Т ЧКУ*

 

_

dff

и уравнение

 

0

 

 

 

ускорение, а оно равіе

 

 

а,,

запишется

так:

1Ѵ=

 

 

 

 

 

так как т - масса точки постоянная величина, то ее можно поднести под знак производной

с/ /

^

 

(8)

Выражение ( 8) - теорема об изменении количества движения точки. Читается она так: производная по време­ ни от вектора количества движения точки равна равнодей­ ствующей всех сил, приложенных к точке.

Если равнодействующая всех сил, приложенных к точке, равна нулю, то количество движения точки остается посто­

янным по величине и направлению.

co n st

 

Если

о~=0

 

, то

 

£ =/

77

 

.

 

 

8

 

г> =

 

Равенство ( ) можно записать в другом виде:

& d t

-

 

 

d (m V -)-S:d t

7

 

(9)

 

 

называется

элементарным импульсом силы.

Из равенства ( f )

сле^рет,

что

элементарное прирадеиие

вектора количества движения течки

равно

элементарному

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

яврЗвееу

силы.

Проинтегрируем равенстве

(? )

127

или

t

ГІ - QbO= о .

(10)

J

 

Выражение (10) - теорема об изменении количества

движения точки в интегральной форме. t

$ o lt - импульс силы.

о

Выражение (10) можно словами определить так: изменение количества движения точки равно импульсу силы, действу-

щей на точку.

§5 . Количество движения системы материальных точек. Теорема об изменении количества движения.

Первые интегралы

Рассмотрим

систему, состоящую

из

п

точек. Для

каздой точки можно

записать

^

 

£?-

 

- количество

движения

 

точки

системы.

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

Тогда для

всей

системыа

 

 

 

 

( I I )

- количество движения системы.

 

 

 

 

 

 

 

Определим,

как

можно вычислить вектор <3 :

 

П

 

п

П

 

J -

 

 

 

1 2 8

По формуле (4)

 

т .е .

Q=M<SC .

(12)

Количество движения системы материальных точек рав­

но количеству движения центра м асс.

Если центр масс на­

ходится в покое, то количество движения системы равно нулю. Например, если тело вращается вокруг оси , прохо­ дящей через центр м асс, количество движения системы (тела) будет равно нулю, хотя количество движения его точек и не равны нулю (рис. 9 3 ).

Вычислим производную по времени от выражения (12)

 

по

теоремеfAWcо =движенииR ie) ѵ

центра масс

Рис. 93

значит

dQ _п (е )

(13)

 

-

d t

вектор

Равенство (13)

главный

внешних сил.

- теорема об

изменении количества

движения системы .

,

то

 

 

Если

R ce^O

 

 

 

 

 

 

 

9

129

Q = c o n s t .

( 1 4 )

Равенство (14) является первым интеграяом равенства (13) в векторном вале м называется законом сохранения количества движения системы.

Из равенства (13) и (14) следует, что внутренние силы не могут изменить количества движения системы (а количества движения отдельных точек внутренние силы ме­

няют).

R e= 0

, то и

Х е= 0

j

У е= 0 7

9

Если

 

 

 

 

значит

(?_

=

const,

 

 

X

 

7

( 1 5 )

 

Qp-const у 0,г- const.

Равенства (15) - первые интегралы теоремы об изме­ нении количества движения системы в скалярном виде.

Запивем теорему об изменении количества движения системы в другом виде. Проинтегрируем уравнение (13)

яt

о

и получим

(к)

Формула ( Іб ) - это теорема об изменении количества движения системы в интегральном виде.

130

§ б . Момент количества движения точки. Теорема об изменении момента количества движения.

Следствия теоремы

Моментом количества движения точки называется век­ торное произведение радиус-вектора точки на количество движения этой точки (р и с. 94):

кд= 7 X (£ = 7 Х т О -

 

 

 

 

(17)

 

 

Так как момент коли­

 

 

чества движения - вектор,

 

 

то его можно спроектиро­

 

 

вать

на координатные

 

о си .

 

 

f<0=7X(^ = ? X т ѵ

 

 

 

 

раскроем , как определи­

 

 

ітель

/

а

г (угпі - ъm jp+

 

 

 

 

 

 

 

 

) +

h

X

% г =

+j-(zrr>x- Х т г

 

.

 

#

+

іе

 

£

 

 

т х

 

m2

 

 

 

 

 

 

 

(хт

 

—j^mx).

 

 

 

 

 

 

 

Так как всякий вектор можно представить как сумму трех векторов, то к0=к0зСі+ k0J +koi к . Сравни­ вая оба варианта для ка , приравняем коэффициенты при одинаковых ортах и получим:

™ (у г - г#) V

1

rт

n ( z x - x z ) ;

»

ІЗ І

Равенства (18) определяют проекции момента количе­ ства движения на координатные оси.

7

= ѵЛ Ф

~h

і 2

- величина момента количества

*02

 

• «

 

 

движения точки. Направление вектора получим через коси­ нусы:

,тл \ кох . cos(kc,x)=— ,

COS

/7-/1 \ ^ом.

/ Г /1 \ ^ O Z

?

cos( K , z ) ~ ~

 

Найдем связь момента количества движения с силами,

действующими на

точку.

 

умножим вектор-

По второму

закону Ньютона

но слева обе части равенства на

г и рассмотрим левую

и правую части

 

dts _

d

dz

 

 

?хт W- 7Х т

d t

(z x m tr)-

 

J

 

 

d t

V

 

Следовательно,

 

 

 

_____________

 

 

 

 

О

 

(19)

d t

( ? X mO-)*=-Z

,

 

 

 

гх & = М 0

 

момент количества движения

точки;

7x m ts - ka -

момент действующей на точку

 

силы

 

-

 

d k a относительно

0

 

 

точки .

(1 9 ')

 

d t

 

 

 

- теорема об изменении момента количества движения.

Производная по времени от момента количества движе­ ния равна моменту силы, действущей на течку. Мемент

132

силы и момент количества движения вычисляются относи­ тельно одной и той же точки.

Теорему об изменении момента количества движения можно записать через проекции на координатные оси:

dk.^

 

 

d-kgu

 

äh,О!

 

 

(19

 

—**=.[* .

-----

d - =/и

 

 

 

 

)

dt

 

х 7

 

£

 

d t

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

Следствия.

 

 

М?=0

 

 

плоскости

^Ог-

9

 

/и=0

 

 

 

 

 

 

I ) Предположим, что сила лежит в

 

 

 

 

тогда

 

о1

и

 

г

 

 

 

 

 

 

значит

 

 

d a . .o '-

d » = o

 

 

 

 

т .е .

 

 

d t

 

и 7

d t

0

 

 

(PO)

 

 

 

 

feQ?-co n st

«

 

 

 

 

 

 

k0^=cons^

 

 

во

все

2) Предположим, что линия

действия силы $

время движения проходит через некоторую точку. Такая

сила называется

 

ц е н т р а л ь н о й .

 

 

 

Выберем точку, через которую проходит лштия действия

силы,

 

за центр момента,

тогда

момент силы

&

относи­

тельно

этой

точки

равен

нулю:

ÄS - z x d = 0

 

во

все

время

 

движения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательноd*0,

к = cons t .

 

( ? i)

 

 

 

~ d 7 =0 7

 

Формулы (20) и (21) - следствия теоремы об измене­ нии момента количества движения.

1 3 3

§ 7 . Момент

к о л и ч е с т в а движения системы м атериальны х

т о ч е к

(к и н е т и ч е ск и й м о м е н т ). Т еорем а о выражении

 

м ом ента

к о л и ч е ст в а

движения

Р ассм о т р и м с и с т е м у , состоящ ую из

п

т о ч е к . Для

каж дой т о ч к и

момент к о л и ч е ст в а движения

от н о си т ел ь н о вы

б р а н н о го полю са н ай д ет ся по

формуле

( 1 7 ) . Момент количе

с т в а движ ения систем ы б уд ет

р а в е н :

 

 

гг

2=/

г-і

 

( ? 2 )

 

для

О пределим момент

к о л и ч е ст в а движения системы

 

сл у ч а я

слож ного

движе­

 

ния . Р ассм отрим с л у ч а й ,

 

к о г д а

центр м асс

дви ­

 

ж ется

п о с т у п а т е л ь н о .

 

Т о гд а

будем иметь с л е ­

 

дующие

выражения

 

 

( р и с .

9 5 ) :

 

П

П

С+Р і ) Хп7і (Ус+

гсхт і °h +

134

где

itc

-

скорость центра масс 5

точки

гп±

 

t//r;

-

относительная скорость

 

 

г

 

 

 

 

 

Рассмотрим каждое слагаемое в последнем выражении

 

П

 

п

 

 

 

 

ІЧ

 

г = /

 

гс

и (?с

не зависят от

суммирования, как радиус-вектор

и скорость

центра м асс.

 

d

 

[.

£

*схті Ч(г>^с*Е ”>і

ZcX^ i( Цтг Pi )

*

 

2

 

 

 

І=І

 

=/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

( А 1 Д ) = 0

 

 

 

 

= 7 X

 

так как

і . Е Р і Хт г * і " = Кс

І у -

Е Р і х ^

момент количества движения системы относительно цен­ тра м асс.

п

^

С/= Ö .

Следовательно,

получим

(23)

K = zcä M isc + Kc

где г^х/Ис-',

- момент количества движения центра

 

м асс.

 

135

Теорема о выражении кинетического момента. Момегт количества движения материальных точек называют к к - н е т и ч е с к и м м о м е н т о м . Кинетический мо­ мент системы, совершающей сложное движение, геометри­ чески складывается из кинетического момента поступатель­ ного движения вместе с центром масс и кинетического мо­ мента, вычисленного относительно центра м асс.

§ 8. Теорема об изменении кинетического момента. Первые интегралы

Для каждой точки системы можно записать уравнение

Ньютона

тж

+7;

.

Умножим его на г-

вектор-

НО, при

ЭТОМ получим

по

всем точкам

» nP°“

суммируем это

выражение

 

Известно, что главный момент внутренних сил равен нулю, следовательно:

ПП

136

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ