- •Мультимедийные
- •Раздел 1.
- •Учебники и учебные пособия
- •Литература для практических и домашних заданий
- •Литература для подготовки к тестовой сдаче коллоквиума
- •Тема 1. Кинематика поступательного и
- •1.1. ВВЕДЕНИЕ
- •Классическую механику создал И. Ньютон.
- •Абсолютное пространство
- •Абсолютное время
- •Вначале ХХ века классическая механика подверглась кардинальному пересмотру.
- •Теория относительности установила следующие положения о пространстве и времени.
- •Механика
- •Классическая механика изучает макроскопические тела, движущиеся с малыми скоростями.
- •Механика состоит из трех разделов – кинематики,
- •Основные понятия механики
- •1.2. Кинематика поступательного движения материальной точки
- •Поступательным движением твердого тела называется такое движение, при котором любая
- •Радиус-вектор
- •Спроецируем радиус-вектор r на оси координат:
- •Траекторией называется линия:
- •Впроцессе движения материальной точки её радиус-вектор изменяется по величине и направлению.
- •Эти уравнения носят название кинематических
- •Пусть материальная точка в момент времени t1
- •Вектор перемещения
- •Для конечных промежутков времени в общем случае элементарное перемещение не равно пройденному
- •Для бесконечно малых промежутков времени
- •Путь получим при интегрировании (суммировании) модулей элементарных перемещений.
- •Скорость:
- •Вектор средней скорости за промежуток времени t:
- •Величина модуля средней скорости равно
- •При движении средняя скорость изменяет направление и величину.
- •Мгновенная скорость равна пределу, к которому стремится вектор средней скорости при неограниченном убывании
- •Вектор мгновенной скорости v направлен по вектору dr , т. е. по касательной
- •Проекции скорости на координатные оси равны
- •Вектор мгновенной скорости v и его модуль V
- •Впроцессе движения материальной точки модуль и направление её скорости в общем случае изменяются.
- •Ускорение:
- •Вектор среднего ускорения за промежуток времени t
- •Мгновенное ускорение равно пределу, к которому стремится среднее ускорение при неограниченном убывании промежутка
- •Вектор мгновенного ускорения по отношению к вектору
- •Если угол - острый, то движение материальной точки будет являться ускоренным.
- •Проекции вектора ускорения на координатные оси равны
- •Вектор мгновенного ускорения a
- •Обратная задача кинематики
- •При решении обратной задачи по известной зависимости ускорения от времени
- •Из определения ускорения имеем
- •Окончательно скорость получим при решении данного выражения.
- •Подставим сюда полученное равенство (1) и проинтегрируем полученное уравнение:
- •Частные случаи 1. Равномерное прямолинейное движение
- •2. Равнопеременное прямолинейное движение
- •Полученное выражение, спроецированное на ось x имеет вид:
- •1.3. Тангенциальное и нормальное ускорения
- •Вектор ускорения a можно разложить на два направления:
- •Тангенциальное ускорение:
- •Нормальное ускорение
- •Полное ускорение материальной точки.
- •Частные случаи движений
- •1.4. Кинематика вращательного движения твердого тела
- •Вращательным движением твердого тела вокруг неподвижной оси называется такое движение, при
- •Вращение твёрдого тела
- •Угловое перемещение твердого тела – вектор,
- •Угловая скорость:
- •Мгновенная угловая скорость равна пределу, к которому стремится средняя угловая скорость при неограниченном
- •Направление углового перемещения и угловой скорости
- •Угловое ускорение:
- •Мгновенное угловое ускорение равно пределу, к которому стремится среднее угловое ускорение при неограниченном
- •Мгновенное угловое ускорение равно первой производной от угловой скорости по времени или второй
- •Вектор ε
- •Направления угловых векторов
- •Направление угловой скорости (правило буравчика) и
- •Обратная задача кинематики
- •При равномерном вращении:
- •Период и частота вращения
- •1.5.Взаимосвязь угловых и линейных величин
- •Пусть за время dt произвольная точка твердого тела А
- •Направления векторов
- •Вектор элементарного перемещения:
- •Если смотреть с конца вектора v , то поворот от
- •Продифференцируем выражения для v по времени:
- •Получим
- •Тангенциальное ускорение характеризует изменение модуля линейной скорости.
- •Нормальное ускорение характеризует изменение направления линейной скорости.
Вектор ε |
направлен вдоль оси вращения в ту же |
||||
сторону, что и |
dω при ускоренном |
|
ω |
||
|
ε |
|
ω |
ε |
|
вращении ( |
|
. |
|||
|
) , при замедленном - |
|
Модули векторов |
d , ω и ε равны соответственно |
|
d |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
d |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ω dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
dω |
|
|
|
|
|
|
|
|
ε dt |
|
|
|
|
|
|
Направления угловых векторов
Направление угловой скорости (правило буравчика) и |
|
углового ускорения |
|
a |
á |
|
|
|
|
|
|
Обратная задача кинематики |
|
|
при вращательном движении |
|
|
При вращательном движении обратная задача |
|
|
кинематики выполняется при следующих формулах: |
||
d dt |
dt 0 |
|
d dt |
dt |
|
|
0 |
При равномерном вращении:
= 0, |
= const, |
= t. |
При равнопеременном вращении:
= const,
|
|
|
ε t 2 |
0 t |
|
ω0 t |
|
|
2 |
||
|
|
|
Период и частота вращения
Для характеристики равномерного вращательного движения используются следующие величины.
Период вращения Т – время одного оборота тела, вращающегося с постоянной угловой скоростью.
Частота вращения – количество оборотов,
совершаемых телом за единицу времени.
T1
Угловая скорость связана с периодом следующим
образом: |
2 2 |
|
|
|
T |
1.5.Взаимосвязь угловых и линейных величин
линейная скорость |
v |
, |
||
тангенциальное |
a τ |
, |
||
нормальное |
an |
и |
|
|
полное a |
линейные ускорения. |
Пусть за время dt произвольная точка твердого тела А |
||||
переместится на |
dr |
, пройдя путь dS. При этом |
||
радиус - вектор точки повернется на угол |
|
d . |
||
Тогда |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
dS d r |
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
В векторном виде: |
|
r+dr |
dr |
|
dr d r |
|
r |
dS |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d . |
|
|
Направление dr |
перпендикулярно к r и к |
r |
||||||
Если смотреть с конца dr |
|
, то поворот от |
d к |
|||||
происходит против часовой стрелки. |
|
|
||||||
Модуль вектора |
dr |
равен |
|
|
|
|
|
|
|
dr |
|
dS d r |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d
d
r+dr |
|
|
r |
dr |
dS |
|
|
|
|
|