Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
физика ч 2 / Трофимова Т.И. Курс физики. 2001 г..doc
Скачиваний:
82
Добавлен:
25.04.2015
Размер:
9.29 Mб
Скачать

§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение

Рассмотрим твердое тело, которое вращается вокруг неподвижной оси. Тогда отдель­ные точки этого тела будут описывать окружности разных радиусов, центры которых лежат на оси вращения. Пусть некоторая точка движется по окружности радиуса R(рис. 6). Ее положение через промежуток времениtзададим углом. Элементар­ные (бесконечно малые) повороты можно рассматривать как векторы (они обозначают­ся или).Модуль вектораравен углу поворота, а его направление совпадает с направлением поступательного движения острия винта, головка которого вращается в направлении движения точки по окружности, т.е. подчиняется правилу правого винта (рис.6). Векторы, направления которых связываются с направлением вращения, назы­ваются псевдовекторамиили аксиальными векторами.Эти векторы не имеют опреде­ленных точек приложения: они могут откладываться из любой точки оси вращения.

Угловой скоростьюназывается векторная величина, равная первой производной угла поворота тела по времени:

Вектор направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта, т.е. так же, как и вектор(рис.7). Размерность угловой скоростиdim=T1,а ее единица — ради­ан в секунду (рад/с).

Линейная скорость точки (см. рис. 6)

т. е.

В векторном виде формулу для линейной скорости можно написать как векторное произведение:

При этом модуль векторного произведения, по определению, равен , а направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении откR.

Если (=const, то вращение равномерное и его можно характеризоватьпериодомвращения T— временем, за которое точка совершает один полный оборот, т.е. поворачивается на угол 2. Так как промежутку времениt =Tсоответствует = 2, то = 2/T, откуда

Число полных оборотов, совершаемых телом при равномерном его движении по окружности, в единицу времени называется частотой вращения:

откуда

Угловым ускорением называется векторная величина, равная первой производной угловой скорости по времени:

При вращении тела вокруг неподвижной оси вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения в сторону вектора элементарного приращения угловой скорости. При ускоренном движении вектор сонаправлен вектору(рис.8), при замедлен­ном — противонаправлен ему (рис.9).

Тангенциальная составляющая ускорения

Нормальная составляющая ускорения

Таким образом, связь между линейными (длина пути s, пройденного точкой по дуге окружности радиусаR, линейная скоростьv,тангенциальное ускорение , нормальное ускорение) и угловыми величинами (угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение) выражается следующими формулами:

В случае равнопеременного движения точки по окружности (=const)

где 0— начальная угловая скорость.

Задачи

1.1. Зависимость пройденного телом пути от времени задается уравнением s=A+Bt+Ct2+Dt3 (С=0,1 м/с2,D=0,03 м/с3). Определить: 1) время после начала движения, через которое ускорениеатела будет равно 2 м/с2; 2) среднее ускорениеатела за этот промежу­ток времени.[1) 10 с; 2) 1,1 м/с2]

1.2. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить угол, под которым тело брошено к гори­зонту, если максимальная высота подъема тела равна 1/4 дальности его полета. [45°]

1.3. Колесо радиусом R=0,1 м вращается так, что зависимость угловой скорости от времени задается уравнением= 2At + 5Bt4 (A = 2 рад/с2иB= 1 рад/с5). Определить полное ускорение точек обода колеса черезt=1 с после начала вращения и число оборотов, сделан­ных колесом за это время. [а=8,5 м/с2;N=0,48]

1.4. Нормальное ускорение точки, движущейся по окружности радиусом r=4 м, задается уравне­ниемan=A+Bt+Ct2 (А=1 м/с2,B=6 м/с3,С=3 м/с4). Определить: 1) тангенциальное ускорение точки; 2) путь, пройденный точкой за времяt1= 5 с после начала движения; 3) полное ускорение для момента времениt2=1 с. [1) 6 м/с2; 2) 85 м; 3) 6,32 м/с2]

1.5. Частота вращения колеса при равнозамедленном движении за t=1 мин уменьшилась от 300 до 180 мин–1. Определить: 1) угловое ускорение колеса; 2) число полных оборотов, сделанных колесом за это время. [1) 0,21 рад/с2; 2) 240]

1.6. Диск радиусом R=10 см вращается вокруг неподвижной оси так, что зависимость угла поворота радиуса диска от времени задается уравнением=A+Bt+Ct2+Dt3(B=1 рад/с,С=1 рад/с2,D=1 рад/с3). Определить для точек на ободе колеса к концу второй секунды после начала движения: 1) тангенциальное ускорение; 2) нормальное ускорениеаn; 3) полное ускорениеа. [1) 1,4 м/с2; 2) 28,9 м/с2; 3) 28,9 м/с2]