- •Мультимедийные лекции по физике
- •Тема 3. ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
- •3.1. Момент инерции
- •1.Момент инерции материальной точки относительно заданной оси вращения –
- •Любое твёрдое тело состоит из множества материальных точек.
- •2. Момент инерции твёрдого тела относительно
- •Момент инерции i-той элементарной массы
- •Элементарные массы можно представить как
- •Соответственно момент инерции элементарной массы
- •Момент инерции однородного цилиндра
- •Разобьем цилиндр на элементарные цилиндрические слои массой dm, расположенные в элементарных объемах dV.
- •Поскольку цилиндр однороден, то плотность тела
- •Учтем, что масса цилиндра
- •Моменты инерции тел правильной формы
- •Толстостенный цилиндр
- •Теорема Штейнера
- •Пример: момент инерции шара относительно оси АВ.
- •3.2. Момент силы
- •Моментом силы относительно точки называется
- •Рисунок показывает взаимное расположение векторов, если смотреть вдоль вектора момента силы.
- •Здесь и на последующих рисунках значком обозначено направление вектора, направленного
- •На рисунке показаны плечи d1 и d2 сил F1 и F2 соответственно.
- •Моментом силы относительно некоторой оси Z называется проекция момента силы относительно любой точки,
- •Рассмотрим случай, когда ось вращения закреплена.
- •Модуль момента силы относительно закреплённой оси
- •На рисунке показано вращение материальной точки (элементарной массы) в плоскости.
- •3.3. Момент импульса
- •Рассмотрим два часто встречающихся на практике случая движения материальной точки.
- •2. Движение материальной точки по окружности.
- •Моментом импульса материальной точки
- •Модуль момента импульса относительно оси Z
- •Рассмотрим вращение твёрдого тела вокруг
- •Момент импульса материальной точки
- •Заметим, что
- •3.4. Основной закон динамики
- •Вычислим производную от вектора момента импульса по времени
- •Запишем такие же выражения для каждой точки вращающегося тела, а затем просуммируем по
- •Момент инерции J абсолютно твердого тела – постоянная величина.
- •J εz Mz внеш.
- •Графическая интерпретация
- •Из законов динамики поступательного и вращательного движений следуют условия равновесия тел.
- •Равновесие может быть:
- •1)- устойчивое положение равновесия.
Моментом силы относительно точки называется |
|
величина, равная векторному произведению |
|
радиус-вектора, проведенного из этой точки в |
|
точку приложения силы, на вектор силы. |
|
M |
|
F |
|
r |
M r F |
|
|
0 |
|
Рисунок показывает взаимное расположение векторов, если смотреть вдоль вектора момента силы.
F |
O |
Здесь и на последующих рисунках значком обозначено направление вектора, направленного
«от нас».
Модуль момента силы равен произведению величины силы на её плечо.
Плечо силы равно длине перпендикуляра, опущенного из точки вращения на линию действия силы.
M r Fsin α Fl
l – плечо силы F
На рисунке показаны плечи d1 и d2 сил F1 и F2 соответственно.
Моментом силы относительно некоторой оси Z называется проекция момента силы относительно любой точки, взятой на данной оси, на эту ось Z.
M |
Mz |
F |
|
r |
|||
|
|
MZ (r F)Z
Момент силы относительно оси – величина скалярная, не имеющая направления.
Модуль момента силы относительно оси может быть положительным или отрицательным в зависимости от величины угла α.
Рассмотрим случай, когда ось вращения закреплена.
Силу F следует представить в виде суммы трёх векторов:
F║ - направленного вдоль оси вращения,
F┴ - перпендикулярного оси вращения,
Fτ - направленного по касательной к окружности, вдоль которой движется точка приложения силы.
F F F F
|
F |
F |
|
|
|
0' |
R |
F |
|
F |
|
M |
r |
|
F F F F
Умножим равенство слева и справа векторно на радиус- вектор.
Получим равносильное равенство:
M M M M
Не равен нулю только момент составляющей силы F .
Тогда |
|
|
M r F M |
Модуль момента силы относительно закреплённой оси |
|||
Z будет равен |
|
|
|
Mz Mτ z Mτ cosα r Fτ cosα R Fτ |
|||
Здесь Fτ – проекция составляющей силы |
Fτ |
на |
|
направление перемещения точки приложения силы. |
|||
|
F |
|
|
|
F |
|
|
0' |
R |
|
|
|
F F |
|
|
M |
r |
|
|