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:
10
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.89 Mб
Скачать

т о г д а

 

Элем ентарное изменение к и н ети ч еской

(5 0 )

точки

 

эн ер ги и

равно

элем ентарной р аботе действующ ей н а эт у то ч к у силы

ном

Определим изменение ки н ети ч еской эн ер ги и н а

к о н е ч ­

перемещ ении

точки

из положения I

в

полож ение

П

 

 

 

 

тѴ-г

rntS'

<,2

(51)

 

 

Изменение ки н ети ческой эн ерги и точки н а

конечном пе

ремещении равно

р аботе

си л ы , действую щ ей н а

т о ч к у .

 

Рассм отр и м

си стем у

м атериальны х

т о ч е к .

Для каждой

точки

можно н а п и са т ь

 

г * 1 , 2 , 3 . . . я ,

( 5 ? )

где

 

 

=

,

 

- внешние

си л ы ,

действующ ие

н а

т о ч к у ;

-внутренни е си лы .

Каждое из р а в е н ст в ( 5 2 ) умножим ск ал я р н о н а

.

Получим

 

ті Wi

=

* &іг<* ■г-,

г = 1 , 2 . . . я . (*)

С л о ж ш в се р а в е н ст в а п о ч л е н н о , т . е .

п р о су ш ш р уе м ( * )

п

п

о!&-

п

г*/ i-t

«•пт!!!•I ■t/?I/.

/- - П ,/тіЪ

t ^ 2

І - І

*

1 5 7

п

- элем ен тар н ая р а б о т а в с е х внеш­

Е

 

них с и л ;

t» (i)

І=І

Выражение ( % )

-

элем ен тарн ая

р а б о т а

в с е х

в н у т ­

п о сл е

рен них с и л .

б у д ет

им еть

в и д :

суммирования

 

 

 

(53)

Для к о н еч н о го пром еж утка ( 5 3 ) буд ет т а к о е :

т лсе) л(і)

Е сл и

си л ы ,

Т2

 

 

 

 

 

 

 

(54)

действующ ие н а с и с т е м у , к о н сер ват и в н ы ,

то

 

 

\

, f \

r

)

/7

/7

»

 

 

 

-

 

 

 

 

n r

n t

 

 

f l

потен ци альн ая

 

э н е р ги я .

 

 

Р а в е н ст в о

(5 4 )

запиш ется

в в и д е :

 

(5 5 )

Т2- Т - П - П 2

или

Т +П ~Т 2+П2 .

Выражение

( 5 5 )

- м а т е м а т и ч е ск а я

з а п и сь

з а к о н а с о ­

хр ан ен и я м ехан и ч еск о й

э н е р ги и .

для

т в е р д о го т е л а

Найдем

р а б о т у

вн утр ен н и х

си л

( р и с . 1 0 6 )

 

 

°Л■SC^7B~(^KSА

~

 

^ 7K) =

J a -d-KS

 

 

 

 

158

m K m S

- неизменяемое расстояние, следовательно,

 

d ( , m K m s ) i mKms

§ 15. Работа для некоторых частных случаев

I . Работа силы, приложенной к твердому телу, враща­ ющемуся вокруг неподвижной оси (рис. 107).

Пусть точка /И проходит путь als

 

$А =?at:z= &cpols='3:f ? c lf у

 

 

 

■ у

 

 

 

<5у ѵ=М2 (& ) 7

 

 

2. Работа силы веса .

 

 

Сила веса -

консервативная

Рис. 107

сила.

Па = 0

 

хОу*

лы веса / 7 = -т ^ г

Потенциальная энергия для си -

- считая, что

 

на плоскости

 

 

 

 

159

Работа силы веса будет:

А ^ П -П ^ т ^ (г г-2,) -

3 . Работа упругой силы:

а

<7

= сх ,

 

 

 

 

аСj

 

схг

 

. Г - „ А - Г « Л г -

2

I

?

J

 

J

 

1

а€

 

о

*

 

о

4=

сл € 2

 

 

 

 

 

 

 

Глава Ш. У Д А Р

§ I . Мгновенные силы

При ударе мы встречаемся с категорией сил, расчет действия которых представляет некоторые особенности. При взаимном ударе двух тел мезду ними возникают весь­ ма большие давления, но действуют эти силы ничтожно ма­ лые промежутки времени.

За время удара давления растут от нуля до некоторо­ го максимума. Опытами установлено, что время удара из­ меряется тысячными и даже десятитысячными долями секун­ ды.

Силы, возникающие при ударе, называются мгновенны­ ми силами. Мгновенная сила, действуя в течение ничтож­ но малого промежутка времени, достигает при этом на-

столько больших значений, что ее импульс за время ее действия есть величина конечная. При ударе материальная точка мгновенно изменяет свою скорость на конечную вели­ чину. Определим результат действия мгновенной силы. Пусть точка движется под действием приложенных сил. Рав­

нодействующая этих

сил

7,

 

. Пусть в некоторый7момент

 

на точку начинает действовать мгновенная сила

 

 

, z ко­

торая перестает действовать через малый промежуток

.

 

 

Рассмотрим теорему об изменении количества движения.

 

Скорость

точки

t2~

до удара

в момент времени

tr

o<

,

а в

момент времени

М

7

 

> импульсы

сил

 

и

 

 

 

S

 

7

 

7,

со­

ответственно

S

и

 

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=і5’^ 5 /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульс

 

т

 

,

а импульс

 

конеч­

 

 

S,

-

импульс

силы

7,

 

 

ной

силы за

ничтожно малый промежуток

времени

Z - t2-t,~

 

- величина бесконечно малая. Импульс

 

же мгновенной

си­

 

лы

J

- величина конечная. Следовательно,/7?c|-/77= 6 ,

или

 

 

 

V - V

 

S_

 

 

 

 

 

(56)

 

 

 

 

 

 

 

 

г f

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда видно, что изменение скорости произошло на

 

конечную величину.

время удара

ничтожно мало.

 

 

 

 

 

 

Перемещение за

 

 

 

 

 

h 2 . Удар точки о преграду. КоэФФидиент восстановления

Пусть точка ударяется о преграду со скоростью у , , образующей угол ы с нормалью к поверхности (рис.І08).

Через промежуток Ъ точка отскакивает со скоростью ѵ-г , причем под углом р . Зная величину и направление

скорости падения, найти величину и направление скорости отрахения. Для этого воспользуемся теоре­ мой об изменении количоства движения $т=0)

так как ударннй импульс направлен пе нормали. n?U2z-mO;T~Sz ,

(57)

Для определения неизвестных воспользуемся допущени­ ем, сделанным Ньютоном, а именно: отношение абсолютных величин проекций относительной скорости тел после уда­ ра и до удара на направление общей нормали к поверхно­ сти тел в точке соприкосновения есть постоянная вели­ чина, не зависящая ни ет относительной скорости, ни от размеров тел, а лишь от их материала. Это отношение называется коэффициентом восстановления. Значит

'гл

=к 1

°'гп ~ к Чп

(58)

W,n

 

 

Коэффициент к характеризует, насколько восстанавли­ вается нормальная составляющая скорости после удара.

Если нормальная составляющая скорости после удара равна нормальной составляющей до удара, то удар назы­ вается абсолютно упругим, при этом к = 1 .

Для реальных физических тел 0<^к<і.

1 6 2

Если к

= О , то

удар называется абсолютно неупругим.

Из (57)

и (58)

найдем:

Найдем связь меаду углом падения и углом отражения.

чоі = ~

Ъп Ъп

Следовательно, получили выражения для определения ско­ рости и угла после удара

Sn=' rni/m V + k ') »

( 5 , )

Коэффициент восстановления опытным путем

можно опре­

делитьк,так. Опустим иарик без начальной скорости с вы­

соты

на плиту из испытуемого материала

(р и с.

109 ).

После удара шарик поднимается на высоту

к г .

Если

пре­

 

 

 

 

небречь сопротивлением воздуха, то скорости до удара

■ оиио определить таи:

163

§ 3 . Прям ой центральный удар д в ух тел. Ск о р о с т и

тел после удара. Потеря кинетической энергии

п р и ударе

Линией удара называется общая нормаль к поверхно­ сти соударяющихся тел, проведенная в точке их соприкос­ новения. Удар называется пряный, если скорости тел до удара были параллельны линии удара. Удар называется центральным, если линия удара проходит через центр масс соударяющихся тел (ри с. П О ) :

и t/2 - скорости тел до удара;

ü' и - скорости тел после удара.

Найдем £? ш йг .

Напишем соотношения для скоростей. Для этого вос­ пользуемся законом сохранения количества движения и ги­ потезой Ньютона:

т, и,Х+т2и2Х~ ГП>Чх + т2*гх

 

 

 

 

 

т„

 

U2X~и/ х ~ ^ ( У х ~ ^2 Х )

 

и

/X

—-с/

-

</■

:

 

 

w/

1 и/X=

I

 

 

 

-г ~ m2U V-t

7+тг к с?г

 

 

т( V; + тг оrri'i- т2

 

>

 

(/: ( т - т 2 к ) t т 2 (J+k) Ог

 

'

 

m t t m 2

 

•>

 

m, -нг>2о-гу

-m,k0-г

 

 

 

 

mtу т2

 

 

 

 

Частные случаи:

удар

 

I )

Ъ = 0

-

абсолютно неупругий

 

 

 

 

U

т, tSf +/?72

 

 

т .е .

/=

 

mt+ тг

 

ті+ т2

( б О

«с

Ы! и 2 *

165

Если /77( * т2 , ГО

£/,= =

2)- абсолютно упругий удар

(ml-m2)o-+2m2<ss

и

'

 

/77,

+ т2

"" >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2rni

+(m2-mt) о)

 

иг~

, то

rnt t т 2

} а ^ 2=

, т .е . те­

Если т = т 2

<^/ = ^

ла обменяются скоростями.

Для определения потери кинетической энергии при

ударе

рассмотрим изменение

кинетической энергии:

 

 

л Т - тг

тІ Г :

 

Tf

-

кинетическая энергия до удара;

Т2

 

-

кинетическая энергия после

удара.

Будем

считать, что тела движутся

поступательно.Тог-

н2

т

^

2 1

2

 

Т*

:2

m* U* r T m,U'-'-

іиГ V ?) =

лТ=Ѵ т, ( ? Г

^ т2

*

Т т, ( Ѵ ^ ) ( Ѵ

 

(и2~°2)(?2+ *2) *

Ібб

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ