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:
23
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.89 Mб
Скачать

следовательно,

f y i h - O .

Ü 5 )

i=l

Выражение (15) - эта условие необходимое. Но нохно доказать его достаточность. Пусть, напршер, выполняет­ ся условие (15), но сжетсѵа на находится в равновесии,

т .е .

П

Е ( ? ; + ц ) Ц > о ,

так как система

должна иметь

скорость.

с/?г- ,

но для

В последнем

выражении должно

стоять

стационарных связей

.

Связи

остались

иде­

альными, выполняется

 

 

 

 

f^N .S z ^ O ,

Iя f

тогда

іч

аэто противоречит условии (1 5 ).

Значит уеловие (15) и необходимое, и достаточное.

Представим нрмяцин возможных перемещений в обобщен­ ных координатах. Известно, что

Г '

207

С л е д о в а т е л ь н о , no ( 1 5 )

Z Q jh r 0

( 16)

илI

Qfi%+Qi h i +' " +(* * h ~ 0 '

( и о

Это равенство может выполняться при произвольных перемещениях, только если

Qz= o 7 • • • 1

о .

( i t )

Обобщенные силы в положении равно есия равны нулю. Для консервативной системы будем иметь

д П

qr % ■■о • / к . (18)

А это соответствует экстремумам потенциальной энергии.

г- 5 . Общее уравнение динамики

Общее ура*не ищи динамики получено из сочетания двух принципо»: метода кинетостатики и принципа возмож­ ных перемещений. Чтобы вывести общее уравнение динами­ ки, наитием уравнение Ньютона для едной из точек систе­ мы:

mi Wr ^i ^Ni ,

2 0 8

где Wj

--

ускорение

точки}

ft.

-

активная

сила;

 

 

реакция связи.

По Даламберу назовем = двигательной силой.

Значит ускорение несвободно# точки пропорционально двигательной силе и направлено в ее направлении. Так как любой вектор мохно разложить по двум любым направ­

лениям,

то разлогим силу

7-

на две - одну

по

направ­

лению

, а другую по линии действия

Ni

(р я с . 127)

т .е .

 

 

-

 

 

 

 

г^р

 

 

 

 

 

 

 

)

 

P r - N i ,

 

 

 

 

Рі -

потерянная

сила.

 

Потерянные силы

 

 

 

 

системы в каждый мо­

 

 

 

 

мент времени ее дви­

 

 

 

 

жения уравновеиивают-

 

 

 

 

ся реакциями

связи .

 

 

 

 

Тогда

 

 

- (19)

 

 

 

 

=

 

(19)

Умножим правую и левую части равенства

иа

и просуммируем по

всем точкам

системы

 

 

 

14

209

Так как связи идеальные, то

и п о сл е д н е е

 

i *

i h

- o

 

 

і =/

 

примет в и д :

 

р а в е н с т в о

(20)

 

 

Ъ " А - Ъ ) ^ г °

или

 

І-і

 

 

 

 

 

 

= £

 

 

 

£ й -

ті щ

?і

[(х і ~ті * і )&х і +(ѵг тіу )

t

І -I

 

 

+ *(='? r mi ^ i ) ^ i ] = ° ■

' 20'/)

 

 

 

 

 

 

Выражение (20) - общее уравнение динамики.

§ б . Уравнения Лагранжа второго реда

Уравнения Лагранжа второго рода или просто уравне­ ния Лагранжа - это самые общие уравнения движения си­ стемы. Для вывода уравнений Лагранжа преобразуем общее уравнение динамики (20)

 

П

(20,А)

п

ѣ ( тг Щ - & і ) 3 ? г ° ’

 

уже была п р е о б р а з о в а н а

к обобщенным

210

координатам и получила вид:

пк

( 2 1 )

Преобразуем теперь первую с у ш у , учтя , что

b>

 

 

г~'

 

 

г-1

 

 

 

Ц

 

 

 

і ф &

й - р ъ

d (-_

Bzi

\ _ іГ±L(ÈU l

)

(22)

d t \ i

d y

} ^ dt ('

 

Г '

 

 

У

Л '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведем выражение (22) к одним параметрам, а для

этого

сделаем

следующее:

 

 

 

 

 

 

 

_

dz.

dz,

. дт:

q

 

dz:

 

x~i

dz:

dz:

, \

1/.*

dt

ду

3q2

 

—г*-=У

~ - Q - + — L •(*'*)

гr22'

‘ dt

LЬ

доду- Ъ.

' Bfdt

K

y

 

легко

 

H i

из

H i

-

 

 

 

 

 

-

получить

( * * )

 

 

 

( d a )

 

 

 

 

<d ' d z j \ = _ d _

d z

 

dv-j

 

 

 

 

d t \ d y )

 

d y [

/d t Л =

д ц

 

Подставим

( д )

и ( d Л )

 

/ ~

(22)

 

 

 

в выражение

 

 

 

t

*

п

т

 

- кинетичес­

Так как известно, что

^і=і

4 *- = Т

кая энергия

системы, то

1

к

dl

дТ дТ

d

д

 

 

 

 

 

 

 

(гз)

Подставим вырахения (21) и (23) в общее уравнение динамики (20) и получим

 

 

 

 

( d _

д Т

Э Т \

=о.

 

 

 

 

ГР1

у

 

 

 

 

 

 

H i

H i }

7

ну­

л я ,

Так как возможные перемещения всегда отличны от

то

последнее равенство будет выполняться тогда,ког­

да

все

скобки порознь_ Лравны

0 , т .е. .

, „ э

 

 

d

Э Т

д Т

 

1

 

 

 

d t

д у

д у

Qi

 

m

Выражение (24) есть уравнения Лагранжа. Уравнения Лагранжа представляют собой систему К

обыкновенных дифференциальных уравнений второго поряд­

212

к а . Число

уравнений равно

числу

степеней

свободы.

Если

система консервативна,

то д

 

<?/7

поэтому

урав

где/7=//(^(,^ г, . . . ^ к) t

значит

Щ - ^О > а

нение

(2*0

можно

преобразовать

так:

 

 

 

 

 

 

 

d

дт

дТ

+

дП

 

 

 

 

 

 

 

dt

да

д у

Ң

 

 

 

 

ИЛИ

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

d

д(Т-П)

Э(Т-П) У

 

 

 

 

 

 

 

d t

H

ii

 

H i

= о

 

 

потен

 

т-п = х

 

- функция Лагранжа

или кинетический

 

 

 

 

циал.

_

 

 

 

 

(25)

 

 

 

 

- A

 

dSL

 

 

- О

 

 

 

 

 

dt

 

b y

H

i

 

уравнения ЛагрИйма і ферме Лагранжа.

 

 

 

 

Для составления уравнений в виде (25) надо и кине-

тическуи,

и нотекциальную

энергии выражать в обобщен­

ных координатах. При составлении уравнений Лагранжа

следует придерживаться

определенного порядка, а именно^

 

1 . Определить число степеней свободы системы и вы­

брать

обобщенные

координаты.

энергию.

 

 

 

 

2 .

Составить

кинетическую

 

3Âj

 

 

3 .

Определить

обобщенные

силы или по ^.-

Ч г :

m

9Ьf.

T

^

(для

консервативных систем ).

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнить все действия, указанные в уравнениях

(2*») или (2 5 ).

можно менять местами,

 

-Сѵѵ-ЧѴг

 

Пункты 2 и 3

 

218

Г .

Л ,Г .Л

 

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

о й ц я н с х и й ,

А .И .Л у р і е , Курс тео­

 

 

 

 

ретической механики. Ч .І и П . Изд-во

2.

 

 

 

технико-теорет. лит. 1954-1955.

 

Н .В .Б у т е н I н , С .И .Л а з е е в ,

Я .Л. Л у и ц .

3 .

 

 

 

Курс теоретической механики. Ч . І , 1956.

Н .В .Б у т е н и н . Г .Г .К о в а л е в с к и й ,

 

С .И .Л

а

з е

е в , я . Л. Л у н ц . Курс

теоретической

4 .

А .А .К

 

 

механики. Ч .П , 1957.

Курс теорети­

о с м о д е м ь я в с к и й .

 

 

 

 

ческой механики. Учебно-иед. изд-во

5 .

А .Н .Д

о

к у

мин. просвечения РСФСР, 1955.

ч а е в . Теория колебаний. Иэд. ВИОЛА,

я .

Ф .Р .Г

 

 

т% 2 .

Лекции по аналитической

а н т м а х е р .

 

 

 

 

механике. "Наука", 1966.

214

 

 

О Г Л А В Л Е Н И Е

 

 

 

 

Ст р .

Раздел

I .

С Т А Т И К А ........................

3

Глава

I .

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИИ И АКСИОМЫСТАТИКИ ....

3

Глава

П.

СХОДЯЩАЯСЯ СИСТЕМА СИЛ..........................................

ІО

Глава

I .

МОМЕНТ С И ..........................................................................

16

Глава ІУ .

ТЕвРИЯ ПАР ...........................................................................

21

Глава

У .

ПРОИЗВОЛЬНАЯ СИСТЕМА СИЛ .................................

31

Глава У І .

ЦЕНТР ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СИЛ. ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ

48

Раздел

П . К И Н Е М А Т И К А ...............................................

эц

Глава

I . КИНЕМАТИКА ТОЧКИ.......................................................

54

Глава

П . ПРОСТЕЙШИЕ СЛУЧАИ ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО

 

 

 

ТЕЛА ...............................................................

70

Глава

Ш. ПЛОСКОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА ...............

79

Глава ІУ .

ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА ОКОЛО НЕПОД­

 

 

 

ВИЖНОЙ ТОЧКИ.....................................

92

Глава

У . СЛОЖНОЕ Д З В В ІЕ ТОЧКИ И Ш РД 8Г«

 

 

 

ТЕЛА .............................................................................................

ЮЗ

215

Раздел Ш.

Д И Н А М И К А

 

Ст р .

ДШЕРЕНЦИАЛБНЫЕ

ІІ4

Глава

I .

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

114

Глава

П.

УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ

ТОЧКИ....................................

ОБЩИЕ ТЕОРЕМЫ ДИНАМИКИ ТОЧКИ И

І2 І

Глава

1 .

СИСТЕМЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ ТОЧЕК ...........................

У Д А Р ...............................................................................

 

160

Глава ІУ .

ПРИБЛИЖЕННАЯ ТЕОРИЯ ГИРОСКОПОВ................

169

Глава

У .

МАЛЫЕ КОЛЕБАНІЯ МАТЕРИАЛЬНОЙТОЧКИ...

І8 І

Глава У І .

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ АНАЛИТШЕСКОЙ

196

Л и

т е

МЕХАНИКИ..............................................................................

 

р а т у р а .........................................................................

 

21k

216

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ